ISO 20816-3:2022
(Main)Mechanical vibration — Measurement and evaluation of machine vibration — Part 3: Industrial machinery with a power rating above 15 kW and operating speeds between 120 r/min and 30 000 r/min
Mechanical vibration — Measurement and evaluation of machine vibration — Part 3: Industrial machinery with a power rating above 15 kW and operating speeds between 120 r/min and 30 000 r/min
This document specifies the general requirements for evaluating the vibration of various coupled industrial machine types with a power above 15 kW and operating speeds between 120 r/min and 30 000 r/min when measurements are made in-situ. Guidelines for applying evaluation criteria are provided for measurements taken on non-rotating and rotating parts under normal operating conditions. The guidelines are presented in terms of both steady running vibration values and in terms of changes to vibration magnitude, which can occur in these steady values. The numerical values presented are intended to serve as guidelines based on worldwide machine experience, but shall be applied with due regard to specific machine features which can cause these values to be inappropriate. In general, the condition of a machine is assessed by consideration of both the shaft vibration and the associated structural vibration, as well as specific frequency components, which do not always relate to the broadband severity values presented. The machine types covered by this document include: a) steam turbines and generators with outputs less than or equal to 40 MW (see Note 1 and Note 2); b) steam turbines and generators with outputs greater than 40 MW which normally operate at speeds other than 1 500 r/min, 1 800 r/min, 3 000 r/min or 3 600 r/min (although generators seldom fall into this category) (see Note 1); c) rotary compressors; d) industrial gas turbines with outputs less than or equal to 3 MW (see Note 2); e) turbofans; f) electric motors of any type, if the coupling is flexible. When a motor is rigidly coupled to a machine type covered by any other part of ISO20816, the motor may be assessed either against that other part or against ISO 20816-3; g) rolls and mills; h) conveyors; i) variable speed couplings; and j) blowers or fans (see Note 3). NOTE 1 Land based steam turbines, gas turbines and generators of greater than 40 MW capacity, which run at 1 500 r/min, 1 800 r/min, 3 000 r/min or 3 600 r/min are covered by the requirements of ISO 20816-2. Generators in hydro-electric plants are covered by ISO 20816-5. NOTE 2 Gas turbines of power greater than 3 MW are covered by ISO 20816-4. NOTE 3 The vibration criteria presented in this document are generally only applicable to fans with power ratings greater than 300 kW or fans which are not flexibly supported. As and when circumstances permit, recommendations for other types of fans, including those of lightweight sheet-metal construction, will be prepared. Until these recommendations are available, classifications can be agreed between the manufacturer and the customer; using results of previous operational experience (see also ISO 14694). Machinery including a geared stage can fall under the scope of this document. For performing acceptance tests of gearboxes please refer to ISO 20816-9. The following types of industrial machine are not covered by this document: k) land-based gas turbines, steam turbines and generators with power outputs greater than 40 MW and speeds of 1 500 r/min, 1 800 r/min, 3 000 r/min or 3 600 r/min (see ISO20816‑2); l) gas turbine sets with power outputs greater than 3 MW (see ISO20816‑4); m) machine sets in hydraulic power generating and pumping plants (see ISO20816‑5); n) reciprocating machines and machines solidly coupled to reciprocating machines (see ISO10816‑6); o) rotordynamic pumps and any integrated or solidly coupled electric motors where the impeller is mounted directly on the motor shaft or is rigidly attached to it (see ISO10816‑7); p) reciprocating compressor systems (see ISO 20816-8); q) rotary positive displacement compressors (e. g. screw compressors); r) submerged motor-pumps; and s) wind turbines (see ISO10816‑21). The requirements of this document apply to in-situ broad-band vibration measurements taken on the shafts, bearings, bearing pedestals, or housings of machines under steady-state operating conditions within their nominal
Vibrations mécaniques — Mesurage et évaluation des vibrations de machines — Partie 3: Machines industrielles avec une puissance nominale supérieure à 15 kW et une vitesse de fonctionnement comprise entre 120 r/min et 30 000 r/min
Le présent document spécifie les exigences générales pour l’évaluation des vibrations des différents types de machines industrielles accouplées avec une puissance supérieure à 15 kW et une vitesse de fonctionnement comprise entre 120 r/min et 30 000 r/min lorsque les mesurages sont réalisés in situ. Il fournit des lignes directrices relatives à l’application des critères d’évaluation pour les mesurages effectués sur des parties non tournantes et tournantes dans des conditions normales de fonctionnement. Les lignes directrices sont présentées à la fois en fonction des valeurs des vibrations en régime stable et en fonction des variations d’amplitude des vibrations qui peuvent se produire dans ces valeurs stables. Les valeurs numériques présentées sont destinées à servir de lignes directrices basées sur l’expérience mondiale des machines, mais elles doivent être appliquées en tenant compte des caractéristiques spécifiques des machines qui peuvent rendre ces valeurs inappropriées. En général, l’état d’une machine est évalué en tenant compte à la fois des vibrations de l’arbre et des vibrations structurelles associées, ainsi que des composantes de fréquence spécifiques, ce qui ne correspond pas toujours aux valeurs de sévérité à large bande présentées. Les types de machines couverts par le présent document comprennent: a) les turbines à vapeur et les alternateurs d’une puissance inférieure ou égale à 40 MW (voir la Note 1 et la Note 2); b) les turbines à vapeur et les alternateurs d’une puissance supérieure à 40 MW et qui fonctionnent normalement à une vitesse différente de 1 500 r/min, 1 800 r/min, 3 000 r/min et 3 600 r/min (bien que les alternateurs présentent rarement de telles caractéristiques) (voir la Note 1); c) les compresseurs rotatifs; d) les turbines à gaz industrielles d’une puissance inférieure ou égale à 3 MW (voir la Note 2); e) les réacteurs à double flux; f) les moteurs électriques de tout type, si l’accouplement est souple. Lorsqu’un moteur est accouplé de manière rigide à un type de machine couvert par toute autre partie de l’ISO20816, le moteur peut être évalué soit par rapport à cette autre partie, soit par rapport à l’ISO 20816-3; g) les rouleaux et fraises; h) les convoyeurs; i) les accouplements à vitesse variable; et j) les soufflantes ou les ventilateurs (voir la Note 3). NOTE 1 Les turbines à vapeur, les turbines à gaz et les alternateurs pour applications terrestres d’une puissance supérieure à 40 MW, qui fonctionnent à une vitesse de 1 500 r/min, de 1 800 r/min, de 3 000 r/min ou de 3 600 r/min sont couverts par les exigences de l’ISO 20816-2. Les alternateurs des centrales hydroélectriques sont couverts par l’ISO 20816-5. NOTE 2 Les turbines à gaz d’une puissance supérieure à 3 MW sont couvertes par l’ISO 20816-4. NOTE 3 Les critères de vibration énoncés dans le présent document s’appliquent, de manière générale, uniquement aux ventilateurs de puissance nominale supérieure à 300 kW ou aux ventilateurs qui ne reposent pas sur un support souple. Lorsque les circonstances le permettront, les recommandations relatives à d’autres types de ventilateurs, dont ceux en tôle légère, seront rédigées. Avant que ces recommandations soient disponibles, les classifications peuvent faire l’objet d’un accord entre le fabricant et le client, sur la base des résultats des expériences opérationnelles précédentes (voir aussi l’ISO 14694). Les machines équipées d’engrenages peuvent entrer dans le domaine d’application du présent document. Pour la réalisation des essais de réception de la pignonnerie, se référer à l’ISO 20816-9. Les types suivants de machines industrielles ne sont pas couverts par le présent document: k) les turbines à gaz, turbines à vapeur et alternateurs pour installations terrestres d’une puissance supérieure à 40 MW et des vitesses de 1 500 r/min, 1 800 r/min, 3 000 r/min ou 3 600 r/min (voir l’ISO20816-2); l) les turbines à gaz d’une puissance supérieure à 3 MW (voir l’ISO20816-4);
General Information
Relations
Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 20816-3
First edition
2022-10
Mechanical vibration — Measurement
and evaluation of machine
vibration —
Part 3:
Industrial machinery with a power
rating above 15 kW and operating
speeds between 120 r/min
and 30 000 r/min
Vibrations mécaniques — Mesurage et évaluation des vibrations de
machines —
Partie 3: Machines industrielles avec une puissance nominale
supérieure à 15 kW et une vitesse de fonctionnement comprise entre
120 r/min et 30 000 r/min
Reference number
© ISO 2022
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be reproduced or utilized otherwise in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, or posting on
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Published in Switzerland
ii
Contents Page
Foreword .iv
Introduction .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 2
3 Terms and definitions . 3
4 Measurement procedures .3
4.1 General . 3
4.2 Measurement location . 3
4.3 Measurement equipment. 6
4.4 Continuous and non-continuous monitoring . 7
4.5 Operational conditions . 7
4.6 Background vibration . 8
4.7 Choice of measurement type . 8
5 Machine classification .9
5.1 General . 9
5.2 Classification according to machine type, rated power or shaft height . 9
5.3 Classification according to support flexibility . 9
6 Evaluation criteria .10
6.1 General . 10
6.2 Criterion I: Vibration magnitude . 10
6.2.1 General . 10
6.2.2 Evaluation zones . 11
6.2.3 Acceptance criteria . 11
6.2.4 Evaluation zone limits . 11
6.3 Criterion II: Change in vibration magnitude . 11
6.4 Evaluation during transient operation .12
6.5 Operational limits .12
6.5.1 General .12
6.5.2 Setting ALARM values . 13
6.5.3 Setting TRIP values . 13
6.6 Supplementary procedures/criteria . 13
6.7 Evaluation based on changes in vibration amplitude of specified frequency
components and vibration vector information . 13
Annex A (normative) Evaluation criteria for vibration measured on non-rotating parts of
coupled industrial machines under specified operating conditions .15
Annex B (normative) Evaluation criteria for shaft relative vibration of coupled industrial
machines under specified operating conditions .17
Annex C (informative) Guidelines for considering the bearing clearance for the specification
of evaluation criteria for shaft relative vibration of coupled industrial machines
under specified operating conditions .21
Annex D (informative) Cautionary notes about the use of vibration velocity criteria at low
rotational speeds . .22
Bibliography .24
iii
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
specified in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www.iso.org/directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www.iso.org/patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and
expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to
the World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT), see
www.iso.org/iso/foreword.html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 108, Mechanical vibration, shock and
condition monitoring, Subcommittee SC 2, Measurement and evaluation of mechanical vibration and shock
as applied to machines, vehicles and structures.
This first edition of ISO 20816-3 cancels and replaces ISO 7919-3:2009, ISO 7919-3:2009/Amd 1:2017,
ISO 10816-3:2009 and ISO 10816-3:2009/Amd 1:2017, which have been merged and editorially revised.
A list of all parts in the ISO 20816 series can be found on the ISO website.
Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A
complete listing of these bodies can be found at www.iso.org/members.html.
iv
Introduction
This document provides specific guidance for assessing
a) the severity of vibration measured on bearings, bearing pedestals, or housings of industrial
machines when measurements are made in-situ, and
b) the severity of radial shaft vibration on coupled industrial machines.
Evaluation criteria, based on previous experience, are given for use as guidelines for assessing the
vibratory conditions of such machines. One criterion considers the magnitude of the observed broad-
band vibration; the second considers the changes in the magnitude of the observed broad-band
vibration. It should be recognized, however, that these criteria do not form the only basis for judging the
severity of vibration.
v
INTERNATIONAL STANDARD ISO 20816-3:2022(E)
Mechanical vibration — Measurement and evaluation of
machine vibration —
Part 3:
Industrial machinery with a power rating above 15 kW and
operating speeds between 120 r/min and 30 000 r/min
1 Scope
This document specifies the general requirements for evaluating the vibration of various coupled
industrial machine types with a power above 15 kW and operating speeds between 120 r/min
and 30 000 r/min when measurements are made in-situ. Guidelines for applying evaluation criteria
are provided for measurements taken on non-rotating and rotating parts under normal operating
conditions. The guidelines are presented in terms of both steady running vibration values and in
terms of changes to vibration magnitude, which can occur in these steady values. The numerical values
presented are intended to serve as guidelines based on worldwide machine experience, but shall be
applied with due regard to specific machine features which can cause these values to be inappropriate.
In general, the condition of a machine is assessed by consideration of both the shaft vibration and the
associated structural vibration, as well as specific frequency components, which do not always relate to
the broadband severity values presented.
The machine types covered by this document include:
a) steam turbines and generators with outputs less than or equal to 40 MW (see Note 1 and Note 2);
b) steam turbines and generators with outputs greater than 40 MW which normally operate at speeds
other than 1 500 r/min, 1 800 r/min, 3 000 r/min or 3 600 r/min (although generators seldom fall
into this category) (see Note 1);
c) rotary compressors;
d) industrial gas turbines with outputs less than or equal to 3 MW (see Note 2);
e) turbofans;
f) electric motors of any type, if the coupling is flexible. When a motor is rigidly coupled to a machine
type covered by any other part of ISO 20816, the motor may be assessed either against that other
part or against ISO 20816-3;
g) rolls and mills;
h) conveyors;
i) variable speed couplings; and
j) blowers or fans (see Note 3).
NOTE 1 Land based steam turbines, gas turbines and generators of greater than 40 MW capacity, which run at
1 500 r/min, 1 800 r/min, 3 000 r/min or 3 600 r/min are covered by the requirements of ISO 20816-2. Generators
in hydro-electric plants are covered by ISO 20816-5.
NOTE 2 Gas turbines of power greater than 3 MW are covered by ISO 20816-4.
NOTE 3 The vibration criteria presented in this document are generally only applicable to fans with power
ratings greater than 300 kW or fans which are not flexibly supported. As and when circumstances permit,
recommendations for other types of fans, including those of lightweight sheet-metal construction, will be
prepared. Until these recommendations are available, classifications can be agreed between the manufacturer
and the customer; using results of previous operational experience (see also ISO 14694).
Machinery including a geared stage can fall under the scope of this document. For performing
acceptance tests of gearboxes please refer to ISO 20816-9.
The following types of industrial machine are not covered by this document:
k) land-based gas turbines, steam turbines and generators with power outputs greater than 40 MW
and speeds of 1 500 r/min, 1 800 r/min, 3 000 r/min or 3 600 r/min (see ISO 20816-2);
l) gas turbine sets with power outputs greater than 3 MW (see ISO 20816-4);
m) machine sets in hydraulic power generating and pumping plants (see ISO 20816-5);
n) reciprocating machines and machines solidly coupled to reciprocating machines (see ISO 10816-6);
o) rotordynamic pumps and any integrated or solidly coupled electric motors where the impeller is
mounted directly on the motor shaft or is rigidly attached to it (see ISO 10816-7);
p) reciprocating compressor systems (see ISO 20816-8);
q) rotary positive displacement compressors (e. g. screw compressors);
r) submerged motor-pumps; and
s) wind turbines (see ISO 10816-21).
The requirements of this document apply to in-situ broad-band vibration measurements taken on the
shafts, bearings, bearing pedestals, or housings of machines under steady-state operating conditions
within their nominal operating speed range. The requirements relate to both acceptance testing and
operational monitoring. The evaluation criteria included in this document can be applied to both
continuous and non-continuous monitoring situations.
The requirements of this document cover machines which can have gears or rolling element bearings,
but do not address the diagnostic evaluation of the condition of those gears or bearings.
The requirements in this document are applicable only for the vibration produced by the machine set
itself and not for vibration that is transmitted to the machine set from external sources.
2 Normative references
The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content
constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For
undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO 2041, Mechanical vibration, shock and condition monitoring — Vocabulary
ISO 2954, Mechanical vibration of rotating and reciprocating machinery — Requirements for instruments
for measuring vibration severity
ISO 10817-1, Rotating shaft vibration measuring systems — Part 1: Relative and absolute sensing of radial
vibration
ISO 20816-1, Mechanical vibration — Measurement and evaluation of machine vibration — Part 1: General
guidelines
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 2041 apply. It provides a
range of vocabulary and definitions specific to mechanical vibration, shock and condition monitoring
used in this document.
ISO and IEC maintain terminology databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: available at https:// www .electropedia .org/
4 Measurement procedures
4.1 General
The measurement procedures to be followed and the instrumentation which shall be used are specified
in ISO 20816-1, subject to the recommendations given in this clause.
Care shall be taken to ensure that the measuring system is not influenced by environmental factors
such as:
a) temperature variations;
b) magnetic fields, including magnetisation of the shaft;
c) sound fields;
d) power source variations;
e) transducer cable length (some designs of shaft vibration probe require matched cable lengths);
f) transducer cable faults;
g) transducer orientation.
Particular attention shall be paid to ensure that the vibration transducers are correctly mounted and
that such mountings do not degrade the accuracy of the measurements taken.
4.2 Measurement location
It is common practice to measure vibration on non-rotating parts, or rotating parts (shaft relative
vibration), or both. Unless stated otherwise, this document refers to shaft relative vibration when
referring to displacement measurements taken on rotating parts. On rotating parts, measurement
methods using non-contacting transducers are most commonly used and are preferred. The transducers
are usually mounted as an orthogonal pair so that an orbit can be visualised. In some machines it is
not possible to access the shaft directly adjacent to the bearing. Ensure that measurements reasonably
represent the shaft vibration at the bearing and do not include any amplification due to local resonances
of the supporting bracket, or due to a non-homogeneous shaft surface. See ISO 10817-1 for further
details of instrumentation for radial vibration measurement on rotating parts.
Measurements taken on non-rotating parts shall be taken on the bearings, bearing support housing or
other structural parts which significantly respond to the dynamic forces transmitted from the rotating
elements at the bearing locations and characterize the overall vibration of the machine. In some
machines it is not possible to access the bearing housings directly. In such cases, care shall be taken
to ensure that measurements reasonably represent the vibration of the bearing housing and do not
include any local resonances or amplification. Thin or otherwise flexible surfaces, such as fan covers
or cowlings, should be avoided. It can be necessary to confirm the repeatability and validity of such
measurement locations (e.g. by taking measurements at several locations and comparing the results).
The chosen locations and directions of vibration measurements shall be such, that they provide
adequate sensitivity to the machine dynamic forces. Typically, this requires two orthogonal radial
measurement locations on each bearing cap or pedestal. The transducers may be placed at any
angular position on the bearing housings or pedestals. Vertical and transverse directions are usually
preferred for horizontally mounted machines. For vertical or inclined machines, the location that gives
the maximum vibration reading shall be one of those used. In some cases, it is also recommended to
measure in the axial direction (see 6.2.1). The specific measurement locations and directions used shall
be recorded along with the measurement result.
A single transducer may be used on a bearing cap or pedestal in place of the more typical pair of
orthogonal transducers, if it is known to provide adequate information on the severity of the machine
vibration. However, caution shall be exercised when evaluating vibration from a single transducer at a
measurement plane, since it may not provide a reasonable approximation to the maximum value at that
plane.
Figures showing recommended measurement positions for both shaft vibration and housing vibration
can be found in ISO 20816-1, which are reproduced in Figure 1 to Figure 6 for convenience.
Figure 1 — Measuring points for pedestal bearings
Figure 2 — Measuring points for housing-type bearings
Figure 3 — Measuring points for small electrical machines
Figure 4 — Measuring points for vertical machine sets
Key
1 signal conditioning units
2 non-contacting transducers
3 shaft
4 bearing housings
5 bearings
a
To signal processing.
Figure 5 — Measuring points for measurements on rotating shafts
Key
1 signal conditioning units
2 shaft
3 non-contacting transducers
a
To signal processing.
Figure 6 — Mounting of non-contacting probes for the measurement of shaft relative vibration
4.3 Measurement equipment
For monitoring purposes, the equipment used shall be capable of measuring broad-band root-mean-
square (r.m.s.) vibration with flat response over a frequency range of at least 10 Hz to 1 000 Hz. For
machines with speeds approaching or below 600 r/min, the lower limit of the flat response frequency
range shall not be greater than 2 Hz.
For measurements taken on rotating parts, the equipment used shall be capable of measuring
overall vibration up to at least a frequency equivalent to 3,5 times the maximum service speed. The
measurement equipment used shall meet the requirements of ISO 10817-1.
For measurements taken on non-rotating parts, the measurement equipment used shall meet the
requirements of ISO 2954. Depending on the vibration criteria, this requires measurements of
displacement or velocity or a combination of them (see ISO 20816-1). Where accelerometers are mounted
on stationary parts of the machine (as is common practice), their output shall be integrated to provide
a velocity signal. Double integration of acceleration to provide a displacement signal may be used to
generate displacement signals, but caution shall be exercised due to the possibility of introducing high
noise levels. High pass filtering and/or alternative digital computation of the displacement value can
provide more accurate values.
For diagnostic purposes, the linear frequency range of the system should generally cover frequencies
from 0,2 times the lowest rotational frequency to 2,5 times the highest excitation frequency of interest
(generally not exceeding 10 kHz). Further information can be found in ISO 13373-1, ISO 13373-2 and
ISO 13373-3.
4.4 Continuous and non-continuous monitoring
It is common practice on large or critical machinery to have installed instrumentation for continuous
on-line monitoring of vibration values at key measurement points for both condition monitoring and
protection purposes. In some cases, such instrumentation provides an input to the control system.
For many machines, continuous monitoring of the vibration parameters is not carried out. Changes in
machinery condition (e.g. unbalance, bearing performance, structural looseness, alignment) can be
detected with sufficient reliability by taking periodic measurements. The guideline vibration values
given in this document can be applied to periodic measurements provided that the measurement
position, frequency response and mounting arrangements are in accordance with the requirements of
this document.
Instruments for measuring the vibration of rotating parts are usually a permanent installation, but in
some cases their output may only be measured periodically.
Measurements of vibration taken on non-rotating parts can be achieved with temporary attachment
of transducers; however, inaccessible machines may have permanently installed vibration transducers
wired back to an accessible location or have a non-continuous logging system installed.
4.5 Operational conditions
Vibration measurements shall be made when the rotor and the bearings have reached their normal
steady-state operating temperatures and with the machine running under specified conditions, such as
running at rated speed, voltage, flow, pressure and load.
For machines with varying speeds or loads, vibration measurements shall be made at all conditions at
which the machine is expected to operate for prolonged periods. The maximum measured value under
these conditions shall be considered representative of vibration severity.
It is not always possible to wait for the desired operating conditions before taking a vibration
measurement. In such cases the influences of operating conditions shall be considered in the assessment
of vibration severity. Operating conditions, which can affect vibration, include, among others:
a) machine load;
b) process temperature;
c) valve positions;
d) flows;
e) ambient temperature;
f) fluid levels;
g) filter differential pressure.
When operating conditions vary from measurement to measurement, those with the most significant
influence on the machine shall be recorded. For best repeatability, newly acquired measurements shall
be judged against those taken previously under similar conditions.
4.6 Background vibration
If the measured vibration magnitude is greater than the allowed acceptance criteria and excessive
background vibration is suspected, measurements shall be made with the machine shut down to
determine the extent of any external influence. Corrective action can be necessary to reduce the effect
of background vibration if the measured vibration magnitude with the machine stationary exceeds the
smaller of
a) 25 % of the value measured when the machine is running, or
b) 25 % of the Zone B/C boundary (see 6.2.2) appropriate to the machine type.
4.7 Choice of measurement type
In this document, guidelines are provided for measurement on both rotating and non-rotating parts.
The choice of which measurement type to use depends upon the characteristics of the machine to be
measured and the faults which need to be detected.
The following shall be considered, if only one type of measurement is to be chosen:
a) Machine speed:
Measurements taken on non-rotating parts are more sensitive to higher frequencies than
measurements taken on rotating parts;
b) Bearing type:
Rolling element bearings have very small clearances and transmit shaft vibration effectively into
the housings. Therefore, measurements taken on non-rotating parts are usually sufficient to allow
effective vibration monitoring and machine assessment. Journal bearings provide high damping
and larger clearances, so shaft vibration is often a useful additional parameter to measure;
c) Machine type:
Machines with internal clearances comparable to the vibration magnitude can require the
measurement of shaft relative vibration for protection purposes (see Annex C). Monitoring of
components that generate multiples of rotor speed (e.g. vanes, gear teeth (including gear pumps),
blades, rotor bars, etc.) benefit from the higher frequency range available with measurements
taken on non-rotating parts;
d) Ratio of shaft mass to pedestal mass:
Light shafts in heavy pedestals transmit little vibration into the casing, so shaft relative vibration
measurements provide a better indication of machine behaviour;
e) Shaft flexibility:
Shaft relative vibration measurements provide a more sensitive indication of vibration severity in
machines with flexible shafts;
f) Support structure flexibility:
Flexible support structures lead to a higher vibration response on non-rotating parts; and
g) Experience:
Where a large body of experience exists relating to one particular measurement type, it is useful to
continue to use that measurement type in similar situations.
More detailed information on the choice of the appropriate measurement method is given in ISO 13373-1.
Considerations relating to ease of access, longevity of sensors and cost of installation are also relevant
to the final decision (see ISO 17359).
5 Machine classification
5.1 General
In this document, the vibration severity is classified according to the following parameters:
a) machine type;
b) rated power or shaft height (see also ISO 496);
c) support system flexibility.
5.2 Classification according to machine type, rated power or shaft height
Significant differences in design, type of bearings and support structures require a separation into two
different machine groups with regard to either the rated power or the shaft height H (see Note 1).
Machines of these two groups can have horizontal, vertical or inclined shafts and can be mounted on
rigid or flexible supports.
Group 1: Large machines with rated power above 300 kW; electrical machines with shaft height
H ≥ 315 mm.
These machines normally have journal bearings. The range of operating or nominal speeds is relatively
broad and ranges from 120 r/min to 30 000 r/min.
Group 2: Medium-sized machines with a rated power above 15 kW up to and including 300 kW;
electrical machines with shaft height 160 mm ≤ H < 315 mm.
These machines normally have rolling element bearings and operating speeds above 600 r/min.
NOTE 1 The shaft height H of a machine is defined in accordance with ISO 496 as the distance, measured on
the machine ready for delivery, between the centreline of the shaft and the base plane of the machine.
5.3 Classification according to support flexibility
Two classifications are used to denote the support assembly flexibility in specified directions:
a) rigid;
b) flexible.
These support conditions are determined by the relationship between the machine and foundation
flexibilities. If the lowest natural frequency of the combined machine and support system in the direction
of measurement is higher than its main excitation frequency (this is in most cases the rotational
frequency) by at least 25 %, then the support system may be considered rigid in that direction. All other
support systems may be considered flexible.
As typical examples: large and medium-sized electric motors, mainly with low speeds, normally have
rigid supports; whereas turbo-generators or compressors, with power greater than 10 MW, and vertical
machine sets usually have flexible supports.
In some cases, a support assembly can be rigid in one measuring direction and flexible in the other
direction. For example, the lowest natural frequency in the vertical plane can be well above the main
excitation frequency, while the horizontal plane natural frequency can be considerably less. Such a
system is stiff in the vertical plane but flexible in the horizontal. In such cases, the vibration shall be
evaluated in accordance with the support classification that corresponds to the measurement direction.
If the class of the machine-support system cannot be readily determined from drawings and calculation,
it may be determined by testing.
6 Evaluation criteria
6.1 General
ISO 20816-1 provides a general description of the two evaluation criteria used to assess vibration
severity on various classes of industrial machines. The first considers the magnitude of the observed
broad-band vibration; the second considers changes (both increases and decreases) in the magnitude
of the observed broad-band vibration.
For many industrial machines the r.m.s. vibration velocity measured on non-rotating parts is used as
the basis for assessing vibration severity, due to the ease of access for taking measurements. However,
for some machines it is also prudent to measure the peak-to-peak shaft relative vibration and where
these values are available they shall also be used for assessing vibration severity.
6.2 Criterion I: Vibration magnitude
6.2.1 General
For measurements taken on rotating parts, the vibration severity is the higher value of the broad-band
peak-to-peak displacement, measured in the two selected orthogonal measurement directions.
For measurements taken on non-rotating parts, the vibration severity is the highest r.m.s. value of the
broad-band velocity measured at or near a bearing.
This criterion is concerned with defining limits for vibration magnitude consistent with acceptable
dynamic loads on the bearings and acceptable vibration transmission into the environment through
the support structure and foundation. The maximum vibration magnitude observed at each bearing or
pedestal is assessed against the evaluation zones for the support class. The evaluation zones have been
established from experience with machinery of this type and, if due regard is paid to them, acceptable
machine operation can be expected. If only one measuring direction is used, ensure that it provides
adequate information (for further information refer to ISO 20816-1).
The evaluation zone boundary values are presented for the specified steady-state operating conditions
at the rated speed and load ranges. They apply for normal slow changes in load but do not apply when
different conditions exist or during transient changes (e.g. during start-up and shut-down and when
passing through resonance ranges). See 6.4 for further guidance in this respect.
Overall judgement of the vibratory state of a machine is often made based on vibration measurements
taken on both rotating parts and non-rotating parts.
It is not common practice to measure axial vibration on main radial load-carrying bearings during
continuous operational monitoring. Such measurements are primarily used during periodic vibration
surveys or for diagnostic purposes. Certain faults are more easily detected in the axial direction.
Specific axial vibration criteria only apply in the case of thrust bearings where axial vibration correlates
with axial pulsations, which can cause damage to the axial load-carrying surfaces.
The evaluation zone boundary values shown in Table A.1 and Table A.2 apply to radial vibration on all
bearings and to axial vibration on thrust bearings.
6.2.2 Evaluation zones
6.2.2.1 General
The following evaluation zones are specified to permit a qualitative assessment of the vibration severity
of a given machine to be made and provide guidelines on possible actions.
Zone A: The vibration of newly commissioned machines normally falls within this zone.
NOTE The effort required to achieve vibration within Zone A can be disproportionate and unnecessary.
Zone B: Machines with vibration within this zone are normally considered acceptable for unrestricted
long-term operation.
Zone C: Machines with vibration within this zone are normally considered unsatisfactory for long-term
continuous operation. Generally, the machine may be operated for a limited period in this condition
until a suitable opportunity arises for remedial action.
Zone D: Vibration values within this zone are normally considered to be of sufficient severity to cause
damage to the machine.
6.2.2.2 Evaluation zone boundaries
Numerical values assigned to the zone boundaries are not intended to serve as acceptance specifications,
which shall be subject to agreement between the machine manufacturer and the customer. However,
these values provide guidelines for ensuring that gross deficiencies or unrealistic requirements are
avoided. In certain cases, there can be specific features associated with a particular machine, which
justify the use of different zone boundary values (higher or lower). In such cases, it is common for the
manufacturer to explain the reasons for this and, in particular, to confirm that the machine will not be
endangered by operating with higher vibration values.
6.2.3 Acceptance criteria
Acceptance criteria shall always be subject to agreement between the machine supplier and purchaser
either prior to or at the time of purchase. Prior negotiation is encouraged. The evaluation zones provide
a basis for defining acceptance criteria for new or refurbished machines, but the numerical values
assigned to the zone boundaries are not themselves intended to serve as acceptance specifications.
Historically, for new machines, acceptance criteria have been specified in Zone A or Zone B, but normally
do not exceed 1,25 times the Zone A/B boundary. Different acceptance criteria can be agreed upon,
based on specific design characteristics and/or fleet experience with similar machines.
Contractual acceptance tests shall be carried out under clearly specified duration and operating
parameters (e.g. duty, speed, flow, temperature and/or pressure). After major component replacement,
maintenance or service activities, acceptance criteria shall take into account the scope of activity and
the vibration of the machine prior to servicing.
6.2.4 Evaluation zone limits
The evaluation criteria for vibration severity, changes in vibration magnitude and operational limits
are given in Annex A for measurements on non-rotating parts and in Annex B for measurements taken
on rotating parts.
6.3 Criterion II: Change in vibration magnitude
This criterion provides an assessment of a change in vibration magnitude from a previously established
reference value. A significant change in broad-band vibration magnitude can occur, which requires
some action even though Zone C of Criterion I has not been reached. Such changes can be instantaneous
or progressive over time and can indicate incipient damage or some other irregularity. Criterion II
is specified based on the change in broad-band vibration magnitude occurring under steady-state
operating conditions. Steady-state operating conditions shall be interpreted to include small changes in
the machine power or operational conditions.
When Criterion II is applied, the vibration measurements being compared shall be taken at the same
transducer location and orientation and under approximately the same machine operating conditions.
Obvious changes in the normal vibration magnitudes, regardless of their total amount, shall be
investigated so that a dangerous situation can be avoided. When an increase or decrease in vibration
magnitude exceeds 25 % of the Zone B/C boundary, as specified in Annex A and Annex B, it shall be
considered significant, particularly if it is sudden. Diagnostic investigations shall then be initiated to
ascertain the reason for the change and to determine what further actions are appropriate.
NOTE 1 The 25 % value is provided as a guideline for a significant change in vibration magnitude, but other
values can be used based on experience with a specific machine.
NOTE 2 The 25 % value can also be applied to vibration vector information based on a specific frequency of
interest, where available. This approach can provide a more sensitive test for identifying changes in vibration
magnitude (see ISO 20816-1:2016, Annex D).
NOTE 3 Where a machine shows variability in vibration behaviour, further statistical measures can be applied
to the results before this criterion is applied to avoid excessive “false positive” results.
6.4 Evaluation during transient operation
The criteria specified in Annex A and Annex B are intended for use under steady-state conditions. In
general, higher vibration magnitudes can occur during transient machine states. In particular, when
a machine with a flexible support structure runs up to speed or coasts down from normal operation,
high values of vibration magnitude can be measured as the rotor passes through its critical speed. In
addition, machines can experience transient higher vibration magnitude due to alignment changes
or shaft distortions during initial warming through. The response of the machine to operating and
external ambient conditions shall be considered when making evaluations of vibration severity. Whilst
the criteria given here are not intended for machine supervision during such conditions, as a general
rule operation up to the upper limit of Zone C can be considered acceptable for limited periods of
transient operation. In the case of run-up, run-down or overspeed, the appropriate values for acceptable
vibration are shown in Table 1.
Table 1 — Guidelines for maximum vibration severity during run-up, run-down or overspeed
Speed range
Vibration measured on non-rotat- Vibration measured on rotating
ing parts parts
(in relation to rated speed)
(see Table A.1 and Table A.2) (see Formula B.1 to Formula B.3)
%
<20 n/a (see Note) 1,5 × C/D boundary
20 to 90 1,0 × C/D boundary 1,5 × C/D boundary
>90 1,0 × C/D boundary 1,0 × C/D boundary
NOTE The ratio of vibration displacement to velocity is inversely proportional to frequency. Hence, for measurements
made on non-rotating parts, there are drawbacks in using a constant velocity criterion at speeds below 20 % of rated speed.
6.5 Operational limits
6.5.1 General
For long-term operation, it is common practice to establish operational vibration limits. These limits
take the form of ALARMS and TRIPS.
ALARMS provide a warning that a specified value of vibration has been reached or a significant change
has occurred, upon which remedial action can be necessary. In general, if an ALARM situation occurs,
operation can continue for a period whilst investigations are carried out to identify the reason for the
change in vibration and specify any remedial action.
TRIPS specify the magnitude of vibration beyond which further operation of the machine can cause
damage. If the TRIP limit is exceeded, immediate action shall be taken to reduce the vibration or shut
down th
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 20816-3
Première édition
2022-10
Vibrations mécaniques — Mesurage
et évaluation des vibrations de
machines —
Partie 3:
Machines industrielles avec une
puissance nominale supérieure à 15
kW et une vitesse de fonctionnement
comprise entre 120 r/min
et 30 000 r/min
Mechanical vibration — Measurement and evaluation of machine
vibration —
Part 3: Industrial machinery with a power rating above 15 kW and
operating speeds between 120 r/min and 30 000 r/min
Numéro de référence
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Tél.: +41 22 749 01 11
E-mail: copyright@iso.org
Web: www.iso.org
Publié en Suisse
ii
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .v
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives .2
3 Termes et définitions . 3
4 Modes opératoires de mesure . 3
4.1 Généralités . 3
4.2 Emplacement des mesurages . . 3
4.3 Appareillage de mesure . 7
4.4 Contrôle continu et non continu. 7
4.5 Conditions de fonctionnement . . . 8
4.6 Vibration de fond . 8
4.7 Choix du type de mesurage . 9
5 Classification des machines .10
5.1 Généralités . 10
5.2 Classification en fonction du type de machine, de la puissance nominale ou de
la hauteur d’axe . 10
5.3 Classification en fonction de la souplesse du support . 10
6 Critères d’évaluation .11
6.1 Généralités . 11
6.2 Critère I: amplitude des vibrations. 11
6.2.1 Généralités . 11
6.2.2 Zones d’évaluation .12
6.2.3 Critères d’acceptation .12
6.2.4 Limites des zones d’évaluation .12
6.3 Critère II: Variations d’amplitude des vibrations . 13
6.4 Évaluation pendant les fonctionnements transitoires . 13
6.5 Limites de fonctionnement . 14
6.5.1 Généralités . 14
6.5.2 Réglage des valeurs d’ALARME . 14
6.5.3 Réglage des valeurs de DÉCLENCHEMENT . 14
6.6 Modes opératoires/critères supplémentaires . 15
6.7 Évaluation fondée sur les variations d’amplitude des vibrations de composantes
de fréquence spécifiques et sur l’information vectorielle des vibrations .15
Annexe A (normative) Critères d’évaluation des vibrations mesurées sur des parties
non tournantes de machines industrielles accouplées dans des conditions de
fonctionnement spécifiées .16
Annexe B (normative) Critères d’évaluation des vibrations relatives de l’arbre de machines
industrielles accouplées dans des conditions de fonctionnement spécifiées .18
Annexe C (informative) Lignes directrices pour la prise en compte du jeu des paliers
pour la spécification des critères d’évaluation des vibrations relatives de l’arbre
des machines industrielles accouplées dans des conditions de fonctionnement
spécifiées.22
Annexe D (informative) Notes de mise en garde relatives à l’utilisation des critères
de vitesse vibratoire à des vitesses de rotation faibles .23
Bibliographie .25
iii
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l’ISO). L’élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l’ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l’ISO participent également aux travaux.
L’ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents
critères d’approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document
a été rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2
(voir www.iso.org/directives).
L’attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l’objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l’élaboration du document sont indiqués dans l’Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l’ISO (voir www.iso.org/brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l’ISO liés à l’évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l’adhésion
de l’ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles
techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: www.iso.org/iso/fr/avant-propos.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 108, Vibrations et chocs mécaniques,
et leur surveillance, sous-comité SC 2, Mesure et évaluation des vibrations et chocs mécaniques intéressant
les machines, les véhicules et les structures.
Cette première édition de l’ISO 20816-3 annule et remplace l’ISO 7919-3:2009, l’ISO 7919-3:2009/
Amd 1:2017, l’ISO 10816-3:2009 et l’ISO 10816-3:2009/Amd 1:2017, qui ont été fusionnées et ont fait
l’objet d’une révision rédactionnelle. Une liste de toutes les parties de la série ISO 20816 se trouve sur le
site web de l’ISO.
Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent
document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes
se trouve à l’adresse www.iso.org/fr/members.html.
iv
Introduction
Le présent document fournit des recommandations spécifiques concernant l’évaluation:
a) de la sévérité vibratoire mesurée sur les paliers, sur les supports ou sur les logements de paliers de
machines industrielles lorsque les mesurages sont réalisés in situ; et
b) de la sévérité des vibrations radiales des arbres sur les machines industrielles accouplées.
Des critères d’évaluation, fondés sur des expériences antérieures, sont donnés pour servir de lignes
directrices afin d’évaluer les conditions vibratoires de ces machines. Le premier prend en compte
l’amplitude des vibrations à large bande observées alors que le second tient compte des variations
d’amplitude des vibrations à large bande observées. Il convient toutefois d’admettre que ces critères ne
constituent pas l’unique référence d’évaluation de la sévérité vibratoire.
v
NORME INTERNATIONALE ISO 20816-3:2022(F)
Vibrations mécaniques — Mesurage et évaluation des
vibrations de machines —
Partie 3:
Machines industrielles avec une puissance nominale
supérieure à 15 kW et une vitesse de fonctionnement
comprise entre 120 r/min et 30 000 r/min
1 Domaine d’application
Le présent document spécifie les exigences générales pour l’évaluation des vibrations des différents
types de machines industrielles accouplées avec une puissance supérieure à 15 kW et une vitesse
de fonctionnement comprise entre 120 r/min et 30 000 r/min lorsque les mesurages sont réalisés
in situ. Il fournit des lignes directrices relatives à l’application des critères d’évaluation pour les
mesurages effectués sur des parties non tournantes et tournantes dans des conditions normales de
fonctionnement. Les lignes directrices sont présentées à la fois en fonction des valeurs des vibrations
en régime stable et en fonction des variations d’amplitude des vibrations qui peuvent se produire dans
ces valeurs stables. Les valeurs numériques présentées sont destinées à servir de lignes directrices
basées sur l’expérience mondiale des machines, mais elles doivent être appliquées en tenant compte des
caractéristiques spécifiques des machines qui peuvent rendre ces valeurs inappropriées. En général,
l’état d’une machine est évalué en tenant compte à la fois des vibrations de l’arbre et des vibrations
structurelles associées, ainsi que des composantes de fréquence spécifiques, ce qui ne correspond pas
toujours aux valeurs de sévérité à large bande présentées.
Les types de machines couverts par le présent document comprennent:
a) les turbines à vapeur et les alternateurs d’une puissance inférieure ou égale à 40 MW (voir la Note 1
et la Note 2);
b) les turbines à vapeur et les alternateurs d’une puissance supérieure à 40 MW et qui fonctionnent
normalement à une vitesse différente de 1 500 r/min, 1 800 r/min, 3 000 r/min et 3 600 r/min (bien
que les alternateurs présentent rarement de telles caractéristiques) (voir la Note 1);
c) les compresseurs rotatifs;
d) les turbines à gaz industrielles d’une puissance inférieure ou égale à 3 MW (voir la Note 2);
e) les réacteurs à double flux;
f) les moteurs électriques de tout type, si l’accouplement est souple. Lorsqu’un moteur est accouplé de
manière rigide à un type de machine couvert par toute autre partie de l’ISO 20816, le moteur peut
être évalué soit par rapport à cette autre partie, soit par rapport à l’ISO 20816-3;
g) les rouleaux et fraises;
h) les convoyeurs;
i) les accouplements à vitesse variable; et
j) les soufflantes ou les ventilateurs (voir la Note 3).
NOTE 1 Les turbines à vapeur, les turbines à gaz et les alternateurs pour applications terrestres d’une
puissance supérieure à 40 MW, qui fonctionnent à une vitesse de 1 500 r/min, de 1 800 r/min, de 3 000 r/min ou
de 3 600 r/min sont couverts par les exigences de l’ISO 20816-2. Les alternateurs des centrales hydroélectriques
sont couverts par l’ISO 20816-5.
NOTE 2 Les turbines à gaz d’une puissance supérieure à 3 MW sont couvertes par l’ISO 20816-4.
NOTE 3 Les critères de vibration énoncés dans le présent document s’appliquent, de manière générale,
uniquement aux ventilateurs de puissance nominale supérieure à 300 kW ou aux ventilateurs qui ne reposent pas
sur un support souple. Lorsque les circonstances le permettront, les recommandations relatives à d’autres types
de ventilateurs, dont ceux en tôle légère, seront rédigées. Avant que ces recommandations soient disponibles,
les classifications peuvent faire l’objet d’un accord entre le fabricant et le client, sur la base des résultats des
expériences opérationnelles précédentes (voir aussi l’ISO 14694).
Les machines équipées d’engrenages peuvent entrer dans le domaine d’application du présent document.
Pour la réalisation des essais de réception de la pignonnerie, se référer à l’ISO 20816-9.
Les types suivants de machines industrielles ne sont pas couverts par le présent document:
k) les turbines à gaz, turbines à vapeur et alternateurs pour installations terrestres d’une puissance
supérieure à 40 MW et des vitesses de 1 500 r/min, 1 800 r/min, 3 000 r/min ou 3 600 r/min (voir
l’ISO 20816-2);
l) les turbines à gaz d’une puissance supérieure à 3 MW (voir l’ISO 20816-4);
m) les groupes générateurs de puissance et installations de pompage hydrauliques (voir l’ISO 20816-5);
n) les machines alternatives et les machines solidement accouplées à des machines alternatives
(voir l’ISO 10816-6);
o) les pompes rotodynamiques et tout moteur électrique intégré ou solidement accouplé sur lesquels
le rotor est directement monté sur l’arbre du moteur ou y est solidement fixé (voir l’ISO 10816-7);
p) les systèmes de compresseurs alternatifs (voir l’ISO 20816-8);
q) les compresseurs à déplacement positif de type rotatif (par exemple les compresseurs à vis);
r) les motopompes immergées; et
s) les turbines éoliennes (voir l’ISO 10816-21).
Les exigences du présent document s’appliquent aux mesurages in situ des vibrations à large bande,
ces mesurages étant effectués sur les arbres, sur les paliers, sur les supports ou sur les logements de
paliers des machines dans des conditions de régime stabilisé et dans leur plage de vitesses nominales
de fonctionnement. Les exigences concernent les essais de réception et le contrôle des opérations. Les
critères d’évaluation inclus dans le présent document peuvent être appliqués aux situations de contrôle
continu et non continu.
Les exigences du présent document couvrent les machines qui peuvent être équipées d’engrenages ou
de paliers à roulement, mais ne traitent pas de l’évaluation de diagnostic de l’état de ces engrenages ou
paliers.
Les exigences du présent document sont uniquement applicables aux vibrations émises par la machine
elle-même et non aux vibrations transmises à la machine par des sources extérieures.
2 Références normatives
Les documents suivants sont cités dans le texte de sorte qu’ils constituent, pour tout ou partie de leur
contenu, des exigences du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique.
Pour les références non datées, la dernière édition du document de référence s’applique (y compris les
éventuels amendements).
ISO 2041, Vibrations et chocs mécaniques, et leur surveillance — Vocabulaire
ISO 2954, Vibrations mécaniques des machines tournantes ou alternatives — Exigences relatives aux
appareils de mesure de l'intensité vibratoire
ISO 10817-1, Systèmes de mesure des vibrations des arbres tournants — Partie 1: Captage relatif et captage
absolu des vibrations radiales
ISO 20816-1, Vibrations mécaniques — Mesurage et évaluation des vibrations de machines — Partie 1:
Lignes directrices générales
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l’ISO 2041 s’appliquent.
Elle fournit un vocabulaire et des définitions spécifiques aux vibrations et aux chocs mécaniques, et à
leur surveillance, utilisés dans le présent document.
L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en
normalisation, consultables aux adresses suivantes:
— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse https:// www .iso .org/ obp;
— IEC Electropedia: disponible à l’adresse https:// www .electropedia .org/ .
4 Modes opératoires de mesure
4.1 Généralités
Les modes opératoires de mesure à suivre et les appareils qui doivent être utilisés sont spécifiés dans
l’ISO 20816-1, tout en étant soumis aux recommandations données dans le présent article.
Il faut tout particulièrement s’assurer que l’appareillage de mesure n’est pas affecté par des facteurs
environnementaux tels que:
a) les variations de température;
b) les champs magnétiques, y compris la magnétisation de l’arbre;
c) les champs acoustiques;
d) les variations des sources d’énergie;
e) la longueur de câble des capteurs (certaines conceptions de sondes de vibrations des arbres exigent
des longueurs de câble adaptées);
f) les défauts des câbles des capteurs;
g) l’orientation du capteur.
Il faut s’assurer que les capteurs de vibrations sont correctement installés et que le montage n’affecte
pas l’exactitude des mesurages.
4.2 Emplacement des mesurages
Il est courant de mesurer les vibrations sur des parties non tournantes, sur des parties tournantes
(vibrations relatives de l’arbre), ou sur les deux. Sauf indication contraire, le présent document fait
référence aux vibrations relatives de l’arbre lorsqu’il s’agit de mesurages de déplacement effectués sur
des parties tournantes. Sur les parties tournantes, les méthodes de mesure utilisant des capteurs sans
contact sont les plus communément utilisées et sont préférentielles. Les capteurs sont généralement
montés par paire orthogonale afin de pouvoir visualiser une orbite. Sur certaines machines, il n’est pas
possible d’accéder à l’arbre directement à côté du palier. S’assurer que les mesures correspondent aux
vibrations de l’arbre au niveau du palier et ne comportent aucune amplification due aux résonances
locales du support ou à une surface de l’arbre non homogène. L’ISO 10817-1 fournit davantage de détails
sur l’appareillage pour le mesurage des vibrations radiales sur parties tournantes.
Les mesurages effectués sur des parties non tournantes doivent être effectués sur les paliers, sur les
logements de paliers ou d’autres parties de la structure qui réagissent de façon significative aux forces
dynamiques transmises par les éléments tournants aux emplacements des paliers et caractérisent les
vibrations globales de la machine. Sur certaines machines, il n’est pas possible d’accéder directement
aux logements de paliers. Dans ces cas, il faut s’assurer que les mesurages correspondent aux vibrations
engendrées par les logements de paliers et ne comportent aucune résonance ou amplification locale.
Il convient d’éviter les surfaces minces ou souples, telles que les capots de ventilateur ou les carénages.
Il peut être nécessaire de confirmer la répétabilité et la validité de ces emplacements de mesurages
(par exemple en effectuant des mesurages à plusieurs emplacements et en comparant les résultats).
Le mesurage des vibrations doit être effectué à des endroits et dans des directions offrant une sensibilité
suffisante aux forces dynamiques de la machine. En général, cela nécessite deux emplacements de
mesurage radial orthogonaux sur chaque chapeau ou support de palier. Les capteurs peuvent être
placés dans n’importe quelle position angulaire sur les logements ou sur les supports de paliers. Il
est généralement préférable de placer les capteurs en positions verticale et transversale pour les
machines installées à l’horizontale. Pour des machines inclinées ou à la verticale, l’emplacement offrant
une lecture maximale des vibrations doit être l’un de ceux utilisés. Dans certains cas, il est également
recommandé d’effectuer le mesurage également en direction axiale (voir 6.2.1). Les emplacements et
les directions de mesurage spécifiques utilisés doivent être consignés avec le résultat des mesurages.
Un seul capteur sur un chapeau ou sur un support de palier peut être utilisé au lieu de la paire de
capteurs orthogonaux généralement utilisée, s’il est avéré que ce capteur fournit des informations
suffisantes sur la sévérité des vibrations de la machine. Cependant, il faut prendre des précautions
lors de l’évaluation des vibrations avec un seul capteur au niveau d’un plan de mesure dans la mesure
où ce capteur risque de ne pas donner une approximation suffisante de la valeur maximale au niveau de
ce plan.
L’ISO 20816-1 fournit des figures représentant les positions de mesurage recommandées pour les
vibrations de l’arbre et du logement, elles sont reproduites de la Figure 1 à la Figure 6 pour des raisons
de commodité.
Figure 1 — Points de mesurages sur des chaises-paliers
Figure 2 — Points de mesurages sur des paliers de type carter
Figure 3 — Points de mesurages sur des petites machines électriques
Figure 4 — Points de mesurages sur des machines verticales
Légende
1 unités de conditionnement du signal
2 capteurs sans contact
3 arbre
4 logements de paliers
5 paliers
a
Vers le traitement du signal.
Figure 5 — Points de mesurages pour les mesurages sur arbres tournants
Légende
1 unités de conditionnement du signal
2 arbre
3 capteurs sans contact
a
Vers le traitement du signal.
Figure 6 — Montage de capteurs sans contact pour le mesurage des vibrations relatives
de l’arbre
4.3 Appareillage de mesure
Pour les besoins de surveillance, l’appareillage utilisé doit être capable de mesurer des vibrations
efficaces à large bande à réponse uniforme sur une gamme de fréquences d’au moins 10 Hz à 1 000 Hz.
Pour des machines fonctionnant à des vitesses inférieures à 600 r/min ou s’en approchant, la limite
inférieure de la gamme de fréquences à réponse uniforme ne doit pas excéder 2 Hz.
Pour les mesurages effectués sur des parties tournantes, l’appareillage utilisé doit être capable de
mesurer des vibrations globales jusqu’à une fréquence au moins équivalente à 3,5 fois la vitesse
maximale de service. L’appareillage de mesure doit satisfaire aux exigences de l’ISO 10817-1.
Pour les mesurages effectués sur des parties non tournantes, l’appareillage de mesure utilisé doit
satisfaire aux exigences de l’ISO 2954. En fonction des critères de vibration, cela exige d’effectuer des
mesurages du déplacement, de la vitesse ou des deux à la fois (voir l’ISO 20816-1). Si des accéléromètres
sont montés sur des parties fixes de la machine (ce qui est une pratique courante), leur sortie doit être
intégrée pour fournir un signal de vitesse. La double intégration de l’accélération pour fournir un signal
de déplacement peut être utilisée pour générer des signaux de déplacement, mais il faut être prudent
en raison de la possibilité d’introduire des niveaux de bruit élevés. Le filtrage passe-haut et/ou un autre
calcul numérique de la valeur du déplacement peuvent fournir des valeurs plus précises.
Aux fins de diagnostic, il convient que la gamme de fréquences linéaire du système couvre généralement
des fréquences allant de 0,2 fois la fréquence de rotation la plus basse à 2,5 fois la fréquence d’excitation
d’intérêt la plus élevée (ne dépassant généralement pas 10 kHz). L’ISO 13373-1, l’ISO 13373-2 et
l’ISO 13373-3 fournissent des informations complémentaires.
4.4 Contrôle continu et non continu
Il est d’usage pour les machines de grande dimension ou critiques d’installer des appareils de
surveillance en ligne continue des vibrations en des points de mesure clé pour le contrôle de l’état et
pour la protection. Dans certains cas, ces appareils fournissent une entrée au système de commande.
Pour la plupart des machines, le contrôle continu des paramètres de vibration n’est pas effectué. Les
variations de l’état des machines (par exemple déséquilibre, performance des paliers, jeu dans la
structure, alignement) peuvent être détectées avec suffisamment de fiabilité grâce aux mesurages
périodiques. Les valeurs guides des vibrations données dans le présent document peuvent être
appliquées aux mesurages périodiques sous réserve que la position de mesurage, la réponse en
fréquence et les dispositions de montage soient conformes aux exigences du présent document.
Les appareils de mesure des vibrations des parties tournantes sont généralement des installations
permanentes, mais dans certains cas, leur sortie peut uniquement être mesurée périodiquement.
Les mesurages des vibrations sur les parties non tournantes peuvent être effectués au moyen de la
fixation temporaire de capteurs; toutefois, les machines inaccessibles peuvent être équipées de capteurs
de vibrations installés de façon permanente et raccordés à un emplacement accessible ou d’un système
d’enregistrement non continu.
4.5 Conditions de fonctionnement
Les mesurages des vibrations doivent être effectués lorsque le rotor et les paliers ont atteint leur
température de régime stabilisé normale et que la machine fonctionne dans les conditions spécifiées,
telles que vitesse, tension, débit, pression et charge nominaux.
Pour les machines à vitesses ou charges variables, les mesurages des vibrations doivent être effectués
dans toutes les conditions de fonctionnement prévues de la machine pendant de longues durées.
La valeur maximale mesurée dans ces conditions doit être considérée comme représentative de la
sévérité vibratoire.
Il n’est pas toujours possible d’attendre les conditions de fonctionnement souhaitées avant d’effectuer
un mesurage des vibrations. Dans ce cas, les influences des conditions de fonctionnement doivent être
prises en compte dans l’évaluation de la sévérité vibratoire. Les conditions de fonctionnement, qui
peuvent avoir une incidence sur les vibrations, comprennent notamment:
a) la charge de la machine;
b) la température du processus;
c) la position des robinets;
d) les débits;
e) la température ambiante;
f) les niveaux des fluides;
g) la pression différentielle des filtres.
Lorsque les conditions de fonctionnement varient d’un mesurage à l’autre, celles qui ont l’influence la
plus significative sur la machine doivent être consignées. Pour une meilleure répétabilité, les mesurages
nouvellement acquis doivent être comparés à ceux effectués précédemment dans des conditions
similaires.
4.6 Vibration de fond
Lorsque l’amplitude de vibration mesurée est supérieure aux critères d’acceptation admissibles et
que des vibrations de fond excessives sont détectées, il faut effectuer les mesurages avec la machine à
l’arrêt afin de déterminer la mesure de l’influence externe. Des mesures correctives peuvent s’avérer
nécessaires pour réduire l’effet des vibrations de fond si l’amplitude des vibrations mesurées avec la
machine à l’arrêt dépasse la plus petite des valeurs suivantes:
a) 25 % de la valeur mesurée lorsque la machine est en fonctionnement; ou
b) 25 % de la limite de Zone B/C (voir 6.2.2) appropriée au type de machine.
4.7 Choix du type de mesurage
Le présent document fournit des lignes directrices pour les mesurages sur les parties tournantes et
non tournantes. Le choix du type de mesurage à utiliser dépend des caractéristiques de la machine à
mesurer et des défauts qu’il est nécessaire de détecter.
Les points suivants doivent être pris en compte si un seul type de mesurage doit être choisi:
a) la vitesse de la machine:
Les mesurages effectués sur des parties non tournantes sont plus sensibles aux fréquences élevées
que les mesurages effectués sur des parties tournantes;
b) le type de palier:
Les paliers à roulement ont des jeux très faibles et transmettent efficacement les vibrations de
l’arbre aux logements. Par conséquent, les mesurages effectués sur des parties non tournantes sont
généralement suffisants pour permettre une surveillance efficace des vibrations et une évaluation
des machines. Les paliers lisses présentent une atténuation élevée et des jeux plus importants,
de sorte que les vibrations de l’arbre constituent souvent un paramètre supplémentaire utile à
mesurer;
c) le type de la machine:
Les machines présentant un jeu interne comparable à l’amplitude de la vibration peuvent
exiger le mesurage des vibrations relatives de l’arbre à des fins de protection (voir l’Annexe C).
La surveillance des composants qui génèrent des multiples de la vitesse du rotor (par exemple
aubes, dents d’engrenages (y compris les pompes à engrenages), pales, barres de rotor, etc.)
bénéficie de la gamme de fréquences plus élevée disponible avec les mesurages effectués sur des
parties non tournantes;
d) le rapport entre la masse de l’arbre et celle du support:
Les arbres légers sur supports lourds transmettent peu de vibrations dans le carter, de sorte que les
mesurages des vibrations relatives de l’arbre donnent une meilleure indication du comportement
de la machine;
e) la souplesse de l’arbre:
Les mesurages des vibrations relatives de l’arbre fournissent une indication plus sensible de la
sévérité vibratoire dans les machines avec des arbres souples;
f) la souplesse du radier:
Un radier souple engendre une plus grande réaction aux vibrations sur les parties non tournantes;
et
g) l’expérience:
Si une expérience importante existe en ce qui concerne un type particulier de mesurages, il est
utile de continuer à utiliser ce type de mesurages dans des situations similaires.
L’ISO 13373-1 fournit des informations plus détaillées sur le choix de la méthode de mesure appropriée.
Les considérations relatives à la facilité d’accès, à la longévité des capteurs et au coût de l’installation
interviennent également dans la décision finale (voir l’ISO 17359).
5 Classification des machines
5.1 Généralités
Le présent document classe la sévérité vibratoire selon les paramètres suivants:
a) le type de la machine;
b) la puissance nominale ou la hauteur d’axe (voir également l’ISO 496);
c) la souplesse du support.
5.2 Classification en fonction du type de machine, de la puissance nominale ou de
la hauteur d’axe
Les différences significatives de conception, de type de paliers et de radier exigent de distinguer deux
différents groupes de machines en ce qui concerne soit la puissance nominale, soit la hauteur d’arbre, H
(voir la Note 1).
Les machines de ces deux groupes peuvent comporter des arbres horizontaux, verticaux ou inclinés et
peuvent être montées sur des supports rigides ou souples.
Groupe 1: machines de grande dimension d’une puissance nominale supérieure à 300 kW;
machines électriques avec une hauteur d’axe, H ≥ 315 mm.
Ces machines sont généralement équipées de paliers lisses. La plage de vitesses nominales ou de
vitesses de fonctionnement est relativement large, comprise entre 120 r/min et 30 000 r/min.
Groupe 2: machines de taille moyenne d’une puissance nominale comprise entre 15 kW et 300 kW
inclus; machines électriques avec une hauteur d’axe, H, comprise entre 160 mm et 315 mm.
Ces machines sont généralement équipées de paliers à roulement et fonctionnent à des vitesses
supérieures à 600 r/min.
NOTE 1 La hauteur d’axe, H, d’une machine est définie dans l’ISO 496 comme la distance, mesurée sur la
machine disponible, comprise entre la ligne médiane de l’axe et la base de la machine.
5.3 Classification en fonction de la souplesse du support
La souplesse du support est désignée, pour des directions spécifiées, selon deux classifications:
a) rigide;
b) souple.
L’état du support est déterminé par la relation entre la souplesse de la machine et celle des fondations.
Lorsque la fréquence propre la plus faible de l’ensemble machine-support dans la direction de mesurage
est d’au moins 25 % supérieure à sa fréquence d’excitation principale (dans la plupart des cas, la
fréquence de rotation), il est alors admis de considérer le support comme rigide dans cette direction.
Tous les autres supports peuvent être considérés comme souples.
Par exemple, les moteurs électriques gros et moyens fonctionnant principalement à faible vitesse ont
normalement des supports rigides alors que les turboalternateurs ou les compresseurs, d’une puissance
supérieure à 10 MW, et les machines verticales ont généralement des supports souples.
Dans certains cas, un support peut être rigide dans une direction de mesurage et souple dans l’autre.
Par exemple, la fréquence propre la plus faible dans le plan vertical peut être bien supérieure à la
fréquence d’excitation principale, tandis que la fréquence propre dans le plan horizontal peut être
considérablement plus faible. Ce système est rigide en direction verticale, mais souple en direction
horizontale. Dans ce cas, il faut évaluer les vibrations en fonction du type de support qui correspond à
la direction du mesurage.
Lorsque la catégorie de l’ensemble machine-support ne peut être déterminée facilement à partir de
plans et calculs, il est admis qu’elle le soit en effectuant des essais.
6 Critères d’évaluation
6.1 Généralités
L’ISO 20816-1 donne une description générale des deux critères utilisés pour évaluer la sévérité
vibratoire sur diverses catégories de machines industrielles. Le premier prend en compte l’amplitude
des vibrations à large bande observées, alors que le second tient compte des variations (augmentation
et diminution) d’amplitude des vibrations à large bande observées.
Pour de nombreuses machines industrielles, la vitesse vibratoire efficace mesurée sur les parties non
tournantes est utilisée comme base pour évaluer la sévérité vibratoire, en raison de la facilité d’accès
pour effectuer les mesures. Cependant, pour certaines machines, il est aussi prudent de mesurer les
vibrations relatives de l’arbre, de crête à crête, et si ces valeurs sont disponibles, elles doivent également
être utilisées pour évaluer la sévérité vibratoire.
6.2 Critère I: amplitude des vibrations
6.2.1 Généralités
Pour les mesurages effectués sur des parties tournantes, la sévérité vibratoire est la plus grande
valeur du déplacement à large bande, de crête à crête, mesuré dans les deux directions orthogonales de
mesurage.
Pour les mesurages effectués sur des parties non tournantes, la sévérité vibratoire est la plus grande
valeur efficace de la vitesse à large bande mesurée sur un palier à proximité de celui-ci.
Ce critère sert à définir les limites de l’amplitude des vibrations en fonction des charges dynamiques
acceptables sur les paliers et du niveau acceptable de transmission des vibrations au radier et à la
fondation. L’amplitude maximale des vibrations observées au niveau de chaque palier ou de chaque
support de palier est évaluée en fonction des zones d’évaluation du type de support considéré.
Les zones d’évaluation ont été établies à partir de l’expérience avec des machines de ce type et, si elles
sont respectées, un fonctionnement acceptable de la machine peut être attendu. Si une seule direction
de mesurage est utilisée, s’assurer qu’elle offre des informations adéquates (voir l’ISO 20816-1 pour de
plus amples informations).
Les valeurs des limites des zones d'évaluation sont présentées pour les conditions de fonctionnement en
régime permanent à vitesse nominale et aux plages de charges spécifiées. Ils s’appliquent aux variations
lentes normales de la charge, mais ils ne s’appliquent pas lorsque des conditions différentes existent ou
lorsque des fluctuations transitoires se produisent (par exemple lors du démarrage et de l’arrêt et lors
du passage dans des plages de résonance). Voir 6.4 pour plus de recommandations à ce sujet.
Un jugement global de l’état vibratoire d’une machine est basé sur des mesurages des vibrations
relatives effectués sur des parties tournantes et des parties non tournantes.
Il n’est pas habituel de mesurer les vibrations axiales au niveau des paliers supportant la charge radiale
principale pour assurer une surveillance continue pendant le fonctionnement. Ce type de mesurage
axial sert essentiellement à effectuer des contrôles périodiques des vibrations ou aux fins de diagnostic.
Certains défauts sont plus faciles à détecter en direction axiale. Les critères spécifiques en matière
de vibrations axiales ne s'appliquent que pour les paliers de butée pour lesquels les vibrations axiales
correspondent aux pulsations axiales susceptibles de détériorer les surfaces supportant la charge axiale.
Les valeurs des limites des zones d'évaluation indiquées dans le Tableau A.1 et le Tableau A.2 s’appliquent
aux vibrations radiales sur tous les paliers et aux vibrations axiales sur les paliers de butée.
6.2.2 Zones d’évaluation
6.2.2.1 Généralités
Les zones d’évaluation suivantes ont été spécifiées pour permettre d’effectuer une évaluation
qualitative de la sévérité vibratoire d’une machine donnée et pour donner des lignes directrices quant
aux éventuelles mesures à prendre.
Zone A: les vibrations des machines récemment mises en service se situent normalement dans cette
zone.
NOTE Les efforts exigés pour obtenir des vibrations dans la Zone A peuvent être disproportionnés et
injustifiés.
Zone B: les machines dont les vibrations se situent dans cette zone sont normalement considérées
comme acceptables pour un service de longue durée sans la moindre restriction.
Zone C: les machines dont les vibrations se situent dans cette zone sont normalement jugées non
satisfaisantes pour un service de longue durée en continu. En général, la machine peut fonctionner dans
ces conditions pendant une durée limitée, jusqu’à ce que l’occasion se présente de prendre les mesures
correctives qui s’imposent.
Zone D: les valeurs des vibrations constatées dans cette zone sont normalement jugées suffisamment
importantes pour endommager la machine.
6.2.2.2 Limites des zones d’évaluation
Les valeurs numériques attribuées aux limites des zones ne sont pas destinées à servir de spécifications
de «réception», ces dernières devant faire l’objet d’un accord entre le fabricant de la machine et le client.
Toutefois, ces valeurs constituent des indications générales permettant d’éviter de graves anomalies ou
l’application d’exigences excessives. Dans certains cas, des caractéristiques particulières peuvent être
associées à une machine donnée et, de ce fait, justifient l’utilisation de valeurs différentes (supérieures
ou inférieures) pour les limites de zones. Dans de telles circonstances, il est courant que le fabricant
explique les raisons et confirme notamment que le fonctionnement de la machine à des valeurs plus
élevées ne présente aucun risque pour la machine.
6.2.3 Critères d’acceptation
Les critères d’acceptation doivent toujours faire l’objet d’un accord entre le fournisseur de la machine
et l’acheteur avant ou au moment de l’achat. Il est recommandé de prévoir des négociations préalables.
Les zones d’évaluation servent de référence pour définir les critères d’acceptation relatifs aux machines
neuves ou réparées, mais les valeurs numériques assignées aux limites de ces zones ne sont elles-mêmes
pas destinées à servir de spécifications d’acceptation.
Historiquement, pour les machines neuves, les critères d’acceptation ont été spécifiés dans la Zone A
ou la Zone B, mais ils ne dépassent normalement pas 1,25 fois la limite de Zone A/B. Des critères
d’acceptation différents peuvent être convenus en fonction de caractéristiques de
...
Questions, Comments and Discussion
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