ISO 7919-4:2009
(Main)Mechanical vibration — Evaluation of machine vibration by measurements on rotating shafts — Part 4: Gas turbine sets with fluid-film bearings
Mechanical vibration — Evaluation of machine vibration by measurements on rotating shafts — Part 4: Gas turbine sets with fluid-film bearings
ISO 7919-4:2009 establishes provisions for evaluating the severity of in-situ, broad-band shaft vibration measured radial (i.e. transverse) to the shaft axis at, or close to, the main bearings. These are in terms of - vibration under normal steady-state operating conditions; - vibration during other (non-steady-state) conditions when transient changes are taking place, including run up or run down, initial loading and load changes; - changes in vibration which can occur during normal steady-state operation. ISO 7919-4:2009 is applicable to heavy-duty gas turbine sets used in electrical and mechanical drive applications, with fluid-film bearings, outputs greater than 3 MW and an operating speed range under load between 3 000 r/min and 30 000 r/min. This includes gas turbines coupled to other rotating machinery either directly or through a gearbox. In some cases, ISO 7919-4:2009 is not applicable to the evaluation of the vibration of the coupled equipment.
Vibrations mécaniques — Évaluation des vibrations des machines par mesurages sur les arbres tournants — Partie 4: Turbines à gaz à paliers à film fluide
Ll'ISO 7919-4:2009 établit des dispositions pour évaluer la sévérité in situ des vibrations en bande large des arbres, mesurées radialement (c'est-à-dire transversalement) par rapport à l'axe de l'arbre au droit ou à proximité des paliers principaux. Il s'agit: des vibrations dans des conditions normales de fonctionnement en régime permanent; des vibrations dans d'autres conditions (en régime non permanent), lorsque des fluctuations transitoires interviennent, notamment pendant la montée en vitesse ou le ralentissement, le chargement initial et les variations de charge; et des changements de vibrations susceptibles de se produire durant un fonctionnement normal en régime permanent. Ll'ISO 7919-4:2009 est applicable aux ensembles de turbines à gaz en service intensif utilisées dans des applications à commande électrique et mécanique, avec paliers à film fluide, des puissances développées supérieures à 3 MW et une gamme de vitesses de fonctionnement en charge comprises entre 3 000 r/min et 30 000 r/min. Cela comprend les turbines à gaz couplées à d'autres machines tournantes, soit directement, soit par l'intermédiaire d'un train d'engrenages. Dans certains cas, l'ISO 7919-4:2009 n'est pas applicable à l'évaluation des vibrations du matériel couplé.
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 7919-4
Second edition
2009-10-01
Mechanical vibration — Evaluation of
machine vibration by measurements on
rotating shafts —
Part 4:
Gas turbine sets with fluid-film bearings
Vibrations mécaniques — Évaluation des vibrations des machines par
mesurages sur les arbres tournants —
Partie 4: Turbines à gaz à paliers à film fluide
Reference number
©
ISO 2009
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Contents Page
Foreword .iv
Introduction.v
1 Scope.1
2 Normative references.2
3 Measurement procedures.2
4 Evaluation criteria.3
4.1 General.3
4.2 Criterion I: Vibration magnitude .4
4.3 Criterion II: Change in vibration magnitude under steady-state conditions at normal
operating speed.9
4.4 Supplementary procedures/criteria.9
4.5 Evaluation based on vibration vector information .10
Annex A (normative) Evaluation zone boundaries.11
Annex B (informative) Evaluation zone boundary limits and bearing clearance .13
Bibliography.14
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.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
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.
ISO 7919-4 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 second edition cancels and replaces the first edition (ISO 7919-4:1996), of which it constitutes a technical
revision. The main changes are:
⎯ clarification that the document applies only to gas turbine sets with fluid-film bearings;
⎯ emphasis on acceptance specifications always being agreed on between the supplier and the purchaser
of the gas turbine set prior to installation;
⎯ the addition of provisions for evaluating the vibration of coupled gas turbine sets during transient
operation;
⎯ closer alignment of this part of ISO 7919 with ISO 7919-2, ISO 10816-2 and ISO 10816-4.
ISO 7919 consists of the following parts, under the general title Mechanical vibration — Evaluation of machine
vibration by measurements on rotating shafts:
1)
⎯ Part 1: General guidelines
⎯ Part 2: Land-based steam turbines and generators in excess of 50 MW with normal operating speeds of
1 500 r/min, 1 800 r/min, 3 000 r/min and 3 600 r/min
⎯ Part 3: Coupled industrial machines
⎯ Part 4: Gas turbine sets with fluid-film bearings
⎯ Part 5: Machine sets in hydraulic power generating and pumping plants
1) It is anticipated that when ISO 7919-1 is revised, it will have the same general title as the other parts of ISO 7919.
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Introduction
ISO 7919-1 is the basic part of ISO 7919 giving the general requirements for evaluating the vibration of various
machine types when the vibration measurements are made on rotating shafts. This part of ISO 7919 gives
specific provisions for assessing the severity of radial shaft vibration measured at, or close to, the bearings of
gas turbine sets. Measurements at these locations characterize the state of vibration reasonably well.
Evaluation criteria, based on previous experience, are presented. These can be used for assessing the
vibratory condition of such machines.
Two criteria are provided for assessing the machine vibration when operating under steady-state conditions.
One criterion considers the magnitude of the observed vibration; the second considers changes in the
magnitude. In addition, different criteria are provided for transient operating conditions. However, shaft
vibration does not form the only basis for judging the severity of vibration. For gas turbine sets, it is also
common to judge the vibration based on measurements taken on non-rotating parts. For such vibration
measurement requirements, see ISO 10816-1 and ISO 10816-4.
The evaluation procedures presented in this part of ISO 7919 are based on broad-band measurements.
However, because of advances in technology, the use of narrow-band measurements or spectral analysis has
become increasingly widespread, particularly for the purposes of vibration evaluation, condition monitoring
and diagnostics. The specification of criteria for such measurements is beyond the scope of this part of
ISO 7919. They are dealt with in greater detail in ISO 13373 (all parts), which establish provisions for the
vibration condition monitoring of machines.
INTERNATIONAL STANDARD ISO 7919-4:2009(E)
Mechanical vibration — Evaluation of machine vibration by
measurements on rotating shafts —
Part 4:
Gas turbine sets with fluid-film bearings
1 Scope
This part of ISO 7919 establishes provisions for evaluating the severity of in-situ, broad-band shaft vibration
measured radial (i.e. transverse) to the shaft axis at, or close to, the main bearings. These are in terms of:
⎯ vibration under normal steady-state operating conditions;
⎯ vibration during other (non-steady-state) conditions when transient changes are taking place, including
run up or run down, initial loading and load changes;
⎯ changes in vibration which can occur during normal steady-state operation.
This part of ISO 7919 is applicable to heavy-duty gas turbine sets used in electrical and mechanical drive
applications, with fluid-film bearings, outputs greater than 3 MW and an operating speed range under load
between 3 000 r/min and 30 000 r/min. This includes gas turbines coupled to other rotating machinery either
directly or through a gearbox. In some cases, this part of ISO 7919 is not applicable to the evaluation of the
vibration of the coupled equipment (see the list of exclusions in this clause).
EXAMPLE For single-shaft combined-cycle power units in which a gas turbine is coupled to a steam turbine and/or
generator, the evaluation of the gas turbine vibration is according to this part of ISO 7919, but that of the steam turbine
and generator is according to ISO 7919-2 or ISO 7919-3.
This part of ISO 7919 is not applicable to the following:
a) aero-derivative gas turbines (including gas turbines with dynamic properties similar to those of aero-
derivatives);
NOTE ISO 3977-3 defines aero-derivatives as aircraft propulsion gas generators adapted to drive mechanical,
electrical or marine propulsion equipment. Large differences exist between heavy-duty and aero-derivative gas
turbines, for example in casing flexibility, bearing design, rotor to stator mass ratio and mounting structure. Different
criteria therefore apply for these two turbine types.
b) gas turbines with outputs less than or equal to 3 MW (see ISO 7919-3);
c) gas turbine driven pumps (see ISO 7919-3);
d) coupled steam turbines and/or generators with outputs less than or equal to 50 MW (see ISO 7919-3);
e) coupled steam turbines and/or generators with outputs greater than 50 MW (see ISO 7919-2);
f) synchronizing clutches which couple the gas turbine to a steam turbine or generator (see ISO 7919-2);
g) coupled compressors (see ISO 7919-3);
h) gearbox vibration (see this clause);
i) rolling element bearing vibration.
This part of ISO 7919 is applicable to other driven equipment not included in this list of exclusions.
This part of ISO 7919 is applicable to machines which can be coupled to a gearbox, but does not address the
evaluation of the vibration condition of those gears. Specialist techniques are required for evaluating the
vibration condition of gears which are outside the scope of this part of ISO 7919.
The numerical values specified are not intended to serve as the only basis for judging the severity of vibration.
For gas turbine sets, it is also common to judge the vibration based on measurements taken on non-rotating
parts. For such vibration measurement requirements, see ISO 10816-1 and ISO 10816-4.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application 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 7919-1:1996, Mechanical vibration of non-reciprocating machines — Measurements on rotating shafts
and evaluation criteria — Part 1: General guidelines
ISO 10816-4:2009, Mechanical vibration — Evaluation of machine vibration by measurements on non-rotating
parts — Part 4: Gas turbine sets with fluid-film bearings
3 Measurement procedures
The measurement procedures and instrumentation shall comply with the general requirements of ISO 7919-1
and are as follows.
In gas turbine sets, shaft vibration relative to the bearing is normally measured. Therefore, unless stated
otherwise, the vibration displacements referred to in this part of ISO 7919 conform to this convention. In view
of the relatively high operating speeds involved with gas turbine sets, measuring methods using non-
contacting transducers are most common and are generally preferred on rotors with operating speeds of
3 000 r/min and above.
For monitoring purposes, the measurement system shall be capable of measuring broad-band vibration over a
frequency range from 1 Hz to at least three times the maximum normal operating frequency. If, however, the
instrumentation is also used for diagnostic purposes, a wider frequency range and/or spectral analysis can be
necessary. In special cases, where significant low-frequency vibration can be transmitted to the machine, such
as in earthquake regions, it can be necessary to filter the low-frequency response of the instrumentation and/or
implement an appropriate time delay. If measurements from different machines are compared, care should be
taken to ensure that the same frequency range is used.
The locations of vibration measurements should be such that the transverse movement of the shaft at points
of importance can be assessed. Care should be taken to avoid locating measurement positions at any
vibration nodes and to ensure that the measurement equipment is not unduly influenced by external sources,
such as combustion vibration, gear mesh vibration, and airborne and structure-borne noise. Typically, thi
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 7919-4
Deuxième édition
2009-10-01
Vibrations mécaniques — Évaluation des
vibrations des machines par mesurages
sur les arbres tournants
Partie 4:
Turbines à gaz à paliers à film fluide
Mechanical vibration — Evaluation of machine vibration by
measurements on rotating shafts
Part 4: Gas turbine sets with fluid-film bearings
Numéro de référence
©
ISO 2009
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Version française parue en 2010
Publié en Suisse
ii © ISO 2009 – Tous droits réservés
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction.vi
1 Domaine d'application .1
2 Références normatives.2
3 Modes opératoires de mesurage .2
4 Critères d'évaluation .4
4.1 Généralités .4
4.2 Critère I: Amplitude des vibrations.4
4.3 Critère II: Variation de l'amplitude des vibrations dans des conditions de régime
permanent à une vitesse normale de fonctionnement.10
4.4 Modes opératoires/critères supplémentaires.11
4.5 Évaluation fondée sur les informations relatives aux vecteurs de vibrations.11
Annexe A (normative) Limites des zones d'évaluation.12
Annexe B (informative) Limites des zones d'évaluation et jeu de palier .14
Bibliographie.15
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 (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur
publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres
votants.
L'attention est appelée 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.
L'ISO 7919-4 a été élaborée 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 deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO 7919-4:1996), qui fait l'objet d'une
révision technique. Les principales modifications sont:
⎯ la clarification du fait que le document ne s'applique qu'aux ensembles de turbines à gaz avec paliers à
film fluide;
⎯ l'insistance sur le fait que les spécifications d'acceptation fassent toujours l'objet d'un accord entre le
fournisseur et l'acheteur de l'ensemble de turbines à gaz avant installation.
⎯ l'ajout de dispositions pour évaluer les vibrations des ensembles de turbines à gaz couplées durant un
fonctionnement transitoire;
⎯ un meilleur alignement entre la présente partie de l'ISO 7919 et l'ISO 7919-2, l'ISO 10816-2 et
l'ISO 10816-4.
L'ISO 7919 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Vibrations mécaniques —
Évaluation des vibrations des machines par mesurages sur les arbres tournants:
1)
⎯ Partie 1: Directives générales
⎯ Partie 2: Turbines à vapeur et alternateurs pour applications terrestres, excédant 50 MW avec des
vitesses normales de fonctionnement de 1 500 r/min, 1 800 r/min, 3 000 r/min et 3 600 r/min
⎯ Partie 3: Machines industrielles couplées
1) Il est anticipé que, lors de la révision de l'ISO 7919-1, elle aura le même titre général que les autres parties de
l'ISO 7919.
iv © ISO 2009 – Tous droits réservés
⎯ Partie 4: Turbines à gaz à paliers à film fluide
⎯ Partie 5: Machines équipant les centrales hydroélectriques et les stations de pompage
Introduction
L'ISO 7919-1 est la partie de référence de l'ISO 7919 qui fournit les exigences générales pour l'évaluation des
vibrations de divers types de machines lorsque les mesurages des vibrations sont effectués sur des arbres
tournants. La présente partie de l'ISO 7919 donne des dispositions spécifiques concernant l'évaluation de la
sévérité vibratoire radiale des arbres mesurée au droit ou à proximité des paliers des ensembles de turbines à
gaz. Les mesurages effectués à ces endroits reflètent l'état vibratoire de manière raisonnablement acceptable.
Les critères d'évaluation présentés, fondés sur l'expérience passée, peuvent être utilisés pour l'évaluation du
régime vibratoire des machines de ce type.
Deux critères sont fournis pour évaluer les vibrations des machines lorsqu'elles fonctionnent dans des
conditions de régime permanent. Le premier tient compte de l'amplitude des vibrations observées, alors que
le second tient compte des variations d'amplitude. De plus, différents critères sont fournis pour des conditions
de fonctionnement transitoire. Cependant, les vibrations des arbres ne constituent pas l'unique référence
d'évaluation de la sévérité vibratoire. Pour les ensembles de turbines à gaz, il est également courant d'évaluer
les vibrations en fonction des mesurages effectués sur les parties non tournantes. Pour des exigences sur ces
mesurages des vibrations, voir l'ISO 10816-1 et l'ISO 10816-2.
Les modes opératoires d'évaluation présentés dans la présente partie de l'ISO 7919 sont basés sur des
mesurages en bande large. Cependant, grâce aux progrès de la technologie, l'utilisation de mesurages en
bande étroite ou de l'analyse spectrale est de plus en plus répandue, en particulier pour l'évaluation des
vibrations, pour la surveillance et aux fins de diagnostics. Les spécifications de critères relatifs à ces mesurages
ne relèvent pas du domaine d'application de la présente partie de l'ISO 7919. Ceux-ci sont traités plus en détail
dans l'ISO 13373 (toutes les parties), qui fournit des dispositions pour la surveillance de l'état vibratoire des
machines.
vi © ISO 2009 – Tous droits réservés
NORME INTERNATIONALE ISO 7919-4:2009(F)
Vibrations mécaniques — Évaluation des vibrations des
machines par mesurages sur les arbres tournants
Partie 4:
Turbines à gaz à paliers à film fluide
1 Domaine d'application
La présente partie de l'ISO 7919 établit des dispositions pour évaluer la sévérité in situ des vibrations en bande
large des arbres, mesurées radialement (c'est-à-dire transversalement) par rapport à l'axe de l'arbre au droit ou
à proximité des paliers principaux. Il s'agit:
⎯ des vibrations dans des conditions normales de fonctionnement en régime permanent;
⎯ des vibrations dans d'autres conditions (en régime non permanent), lorsque des fluctuations transitoires
interviennent, notamment pendant la montée en vitesse ou le ralentissement, le chargement initial et les
variations de charge;
⎯ des changements de vibrations susceptibles de se produire durant un fonctionnement normal en régime
permanent.
La présente partie de l'ISO 7919 est applicable aux ensembles de turbines à gaz en service intensif utilisées
dans des applications à commande électrique et mécanique, avec paliers à film fluide, des puissances
développées supérieures à 3 MW et une gamme de vitesses de fonctionnement en charge comprises entre
3 000 r/min et 30 000 r/min. Cela comprend les turbines à gaz couplées à d'autres machines tournantes, soit
directement, soit par l'intermédiaire d'un train d'engrenages. Dans certains cas, la présente partie de
l'ISO 7919 n'est pas applicable à l'évaluation des vibrations du matériel couplé (voir ci-dessous la liste des
exclusions).
EXEMPLE Pour des unités de puissance à cycle combiné à un arbre dans lesquelles une turbine à gaz est couplée
à une turbine à vapeur et/ou à une génératrice, l'évaluation des vibrations de la turbine à gaz s'effectue conformément à la
présente partie de l'ISO 7919, mais celle de la turbine à vapeur et de la génératrice s'effectue conformément à
l'ISO 7919-2 ou l'ISO 7919-3.
La présente partie de l'ISO 7919 n'est pas applicable aux éléments suivants:
a) turbines à gaz aérodérivatives (y compris les turbines à gaz avec des propriétés dynamiques similaires à
celles des turbines à gaz aérodérivatives);
NOTE L'ISO 3977-3 définit les aérodérivatives comme étant des générateurs de gaz de propulsion d'aéronefs
adaptés à commander un matériel de propulsion mécanique, électrique ou pour la marine. II existe de grandes
différences entre les turbines à gaz en service intensif et aérodérivatives en ce qui concerne, par exemple, la
souplesse du carter, la conception des paliers, le rapport de masse entre rotor et stator et la structure de montage.
En conséquence, des critères différents s'appliquent pour ces deux types de turbines.
b) turbines à gaz avec des puissances développées inférieures ou égales à 3 MW (voir l'ISO 7919-3);
c) pompes entraînées par des turbines à gaz (voir l'ISO 7919-3);
d) turboalternateurs et/ou alternateurs avec des puissances développées inférieures ou égales à 50 MW
(voir l'ISO 7919-3);
e) turboalternateurs et/ou alternateurs avec des puissances développées supérieures à 50 MW
(voir l'ISO 7919-2);
f) embrayages de synchronisation couplant la turbine à gaz à une turbine à vapeur ou à une génératrice
(voir l'ISO 7919-2);
g) compresseurs couplés (voir l'ISO 7919-3);
h) vibrations des trains d'engrenages (voir cet article);
i) vibrations des paliers à roulements.
La présente partie de l'ISO 7919 est applicable aux autres matériels entraînés non inclus dans la liste des
exclusions.
La présente partie de l'ISO 7919 est applicable aux machines pouvant être couplées à un train d'engrenages,
mais ne traite pas de l'évaluation des conditions vibratoires de ces engrenages. Des techniques spécialisées
sont nécessaires pour évaluer les conditions vibratoires des engrenages qui sont en dehors du domaine
d'application de la présente partie de l'ISO 7919.
Les valeurs numériques spécifiées ne constituent pas l'unique référence d'évaluation de la sévérité vibratoire.
Pour les ensembles des turbines à gaz, il est également courant d'évaluer les vibrations en fonction des
mesurages effectués sur les parties non tournantes. Pour des exigences sur ces mesurages des vibrations,
voir l'ISO 10816-1 et l'ISO 10816-2.
2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l'application 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 7919-1:1996, Vibrations mécaniques des machines non
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.