Mechanical vibration -- Evaluation of machine vibration by measurements on rotating shafts

ISO 7919-2:2009 establishes provisions for applying evaluation criteria for 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 7919-2:2009 is applicable to land-based steam turbines and generators with power outputs greater than 50 MW and a normal operating speed of 1 500 r/min, 1800 r/min, 3 000 r/min or 3 600 r/min.

Vibrations mécaniques -- Évaluation des vibrations des machines par mesurages sur les arbres tournants

L'ISO 7919-2:2009 établit des dispositions pour évaluer la sévérité in situ des vibrations en bande large des arbres, mesurées radialement (c'est-ŕ-dire transversalement) par rapport ŕ l'axe de l'arbre au droit ou ŕ 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. L'ISO 7919-2:2009 est applicable aux turbines ŕ vapeur et aux alternateurs pour applications terrestres avec des puissances utiles excédant 50 MW et avec des vitesses normales de fonctionnement de 1 500 r/min, 1 800 r/min, 3 000 r/min ou 3 600 r/min.

General Information

Status
Withdrawn
Publication Date
29-Sep-2009
Withdrawal Date
29-Sep-2009
Current Stage
6060 - International Standard published
Start Date
09-Sep-2009
Completion Date
30-Sep-2009
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ISO 7919-2:2009 - Mechanical vibration -- Evaluation of machine vibration by measurements on rotating shafts
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ISO 7919-2:2009 - Vibrations mécaniques -- Évaluation des vibrations des machines par mesurages sur les arbres tournants
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Standards Content (sample)

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 7919-2
Third edition
2009-10-01
Mechanical vibration — Evaluation of
machine vibration by measurements on
rotating shafts —
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
Vibrations mécaniques — Évaluation des vibrations des machines par
mesurages sur les arbres tournants —
Partie 2: Turbines à vapeur et alternateurs excédant 50 MW pour
applications terrestres, avec des vitesses normales de fonctionnement
de 1 500 r/min, 1 800 r/min, 3 000 r/min et 3 600 r/min
Reference number
ISO 7919-2:2009(E)
ISO 2009
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 7919-2:2009(E)
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Web www.iso.org
Published in Switzerland
ii © ISO 2009 – All rights reserved
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ISO 7919-2:2009(E)
Contents Page

Foreword ............................................................................................................................................................iv

Introduction.........................................................................................................................................................v

1 Scope......................................................................................................................................................1

2 Normative references............................................................................................................................1

3 Measurement procedures.....................................................................................................................1

4 Evaluation criteria.................................................................................................................................3

4.1 General...................................................................................................................................................3

4.2 Criterion I: Vibration magnitude ..........................................................................................................3

4.3 Criterion II: Change in vibration magnitude under steady-state conditions at normal

operating speed.....................................................................................................................................8

4.4 Supplementary procedures/criteria.....................................................................................................9

4.5 Evaluation based on vibration vector information ............................................................................9

Annex A (normative) Evaluation zone boundaries........................................................................................10

Annex B (informative) Evaluation zone boundary limits and bearing clearance .......................................11

Bibliography......................................................................................................................................................12

© ISO 2009 – All rights reserved iii
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ISO 7919-2:2009(E)
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 7919-2 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 third edition cancels and replaces the second edition (ISO 7919-2:2001), of which it constitutes a technical

revision. The main changes are:

⎯ emphasis on acceptance specifications always being agreed on between the supplier and the purchaser

of the steam turbine and generator prior to installation;

⎯ recommendation for setting the ALARM limit for steady-state operation of new machines at the zone B/C

boundary when no established baseline data are available;

⎯ closer alignment of this part of ISO 7919 with ISO 7919-4, 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:
⎯ 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.

iv © ISO 2009 – All rights reserved
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ISO 7919-2:2009(E)
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 large steam turbines and generators. 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 large steam turbines and

generators, 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 10816-2.

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.
© ISO 2009 – All rights reserved v
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 7919-2:2009(E)
Mechanical vibration — Evaluation of machine vibration by
measurements on rotating shafts —
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
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 land-based steam turbines and generators with power outputs greater

than 50 MW and a normal operating speed of 1 500 r/min, 1 800 r/min, 3 000 r/min or 3 600 r/min. It is also

applicable to steam turbines and/or generators which are directly coupled to a gas turbine (such as for

combined-cycle applications). In such cases, the criteria of this part of ISO 7919 apply only to the steam

turbine and the generator (including synchronizing clutches). ISO 7919-4 and ISO 10816-4 are applicable to

the evaluation of the gas turbine vibration.

The numerical values specified are not intended to serve as the only basis for judging the severity of vibration.

For large steam turbines and generators, 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 10816-2.
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
3 Measurement procedures

The measurement procedures and instrumentation shall comply with the general requirements of ISO 7919-1

and are as follows.
© ISO 2009 – All rights reserved 1
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ISO 7919-2:2009(E)

Early experience with steam turbines and generators was restricted to the measurement of shaft absolute

vibration using shaft-riding transducers. More recently, as non-contacting transducers were developed, shaft

relative vibration measurements have become more common but, if required, the shaft absolute vibration can

be obtained by vectorially combining the outputs of a non-contacting transducer and a seismic transducer on a

common mounting which measures the structural vibration. Both approaches are in common use and

measurements of shaft relative vibration or shaft absolute vibration are therefore equally acceptable for the

purposes of this part of ISO 7919. However, it should be noted that the frequency range for shaft-riding

transducers is more restrictive than that for non-contacting transducers.

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, or 125 Hz,

whichever is the greater. 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 airborne and structure-borne noise. Typically, this requires measuring in two radial directions with a

pair of orthogonal transducers at, or adjacent to, each main bearing. The transducers may be placed at any

angular location, but it is common practice to select locations on the same bearing half which are either at

±45° to the vertical direction or close to the vertical and horizontal directions.

A single radial transducer may be used in place of the more typical pair of orthogonal transducers, if it is

known to provide adequate information on the magnitude of the shaft vibration. In general, however, caution

should be observed when evaluating vibration from a single transducer at a measurement plane since it might

not be oriented to provide a reasonable approximation of the maximum value at that plane.

It is not common practice to measure axial shaft vibration on steam turbines and generators.

The characteristics of the measurement system should be known with regard to the effects of the environment,

including:
a) temperature variations;
b) magnetic fields;
c) airborne and structure-borne noise;
d) power source variations;
e) cable impedance;
f) transducer cable length;
g) transducer orientation;
h) stiffness of the transducer attachment.

Particular attention should be given to ensuring that the vibration transducers are correctly mounted and that

the mounting arrangement does not degrade the accuracy of the measurement (see e.g. ISO 10817-1).

The surface of the shaft at the location of the transducer shall be smooth and free from any geometric

discontinuities, metallurgical non-homogeneities and local residual magnetism, which can cause false signals

(so-called electrical runout). The combined electrical and mechanical “slow roll” runout, as measured by the

transducer, should not exceed 25 % of the zone A/B boundary at normal operating speed (see Table A.1).

2 © ISO 2009 – All rights reserved
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ISO 7919-2:2009(E)

Prior to running steam turbines and generators up to speed, slow-roll measurements of shaft displacement

may be carried out. If so, the low-frequency characteristics of the measurement system shall be adequate.

Such measurements cannot normally be regarded as giving a valid indication of shaft runout under normal

operating conditions, since they can be affected by, for example, temporary bows, erratic movements of the

journal within the bearing clearance and axial movements. Vector subtraction of slow-roll measurements from

operating speed vibration measurements should not be carried out without careful consideration of these

factors, since the results can provide a misleading interpretation of the machine vibration (see ISO 7919-1).

4 Evaluation criteria
4.1 General

ISO 7919-1 provides a general description of the two evaluation criteria used to assess the shaft vibration on

various classes of machines. One criterion considers the magnitude of the observed broad-band shaft

vibration; the second criterion considers changes in magnitude, irrespective of whether they are increases or

decreases.

The values presented are the result of experience with machinery of this type and, if due regard is paid to

them, acceptable operation can be expected.

NOTE These values are based on previous International Standards, on the results of a survey which was carried out

when ISO 7919 (all parts) and ISO 10816 (all parts) were initially developed and on the feedback provided by the experts

of ISO/TC 108.

Criteria are presented for steady-state operating conditions at the specified normal operating speed and load

ranges, including normal slow changes in electrical load of the generator. Alternative criteria are also

presented for other non-steady-state conditions when transient changes are taking place. The vibration criteria

represent target values, which give provisions for ensuring that gross deficiencies or unrealistic requirements

are avoided. In particular, the basic assumption for safe operation is that metal-to-metal contact between the

rotating shaft and stationary components is avoided. They serve as a basis for defining acceptance

specifications (see 4.2.2.3).

The criteria relate to the vibration produced by the steam turbine and/or generator and not to vibration

transmitted from outside the machinery set. If it is suspected that there is a significant influence due to

transmitted vibration (either steady-state or intermittent), measurements should be taken with the machinery

set shut down. If the magnitude of the transmitted vibration is unacceptable, steps should be taken to remedy

the situation.

It should be noted that an overall judgement of the vibratory state of a machine is often made on the basis of

measurements made on both rotating shafts and non-rotating parts.
4.2 Criterion I: Vibration magnitude
4.2.1 General

This criterion is concerned with defining values for shaft vibration magnitude consistent with acceptable

dynamic loads on the bearings, adequate margins on the radial clearance envelope of the machine and

acceptable vibration transmission into the support structure and foundation.

4.2.2 Vibration magnitude at normal operating speed under steady-state operating conditions

4.2.2.1 General

The maximum shaft vibration magnitude observed at each bearing is assessed against four evaluation zones

established from international experience.
© ISO 2009 – All rights reserved 3
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ISO 7919-2:2009(E)
4.2.2.2 Evaluation zones

The following evaluation zones are defined to permit an assessment of the shaft vibration of a given machine

under steady-state conditions at normal operating speed and to provide guidelines on possible actions.

Zone A: The vibration of newly commissioned machines normally falls within this zone.

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.
NOTE For transient operation, see 4.2.4.
4.2.2.3 Acceptance criteria

Acceptance criteria shall always be subject to agreement between the machine supplier and purchaser prior

to installation. The evaluation zones provide a basis for defining acceptance criteria for new or refurbished

machines.

NOTE Historically, for new machines, acceptance criteria have been specified in zone A or zone B, but would normally

not exceed 1,25 times the zone A/B boundary.
4.2.2.4 Evaluation zone boundaries

The zone boundary values are given in Tables A.1 and A.2 for shaft relative vibration and shaft absolute

vibration, respectively. These values apply to radial shaft vibration measurements at or close to the bearings,

when taken under steady-state conditions at normal operating speed. The numerical values assigned to the

zone boundaries were established from representative data provided by manufacturers and users. There was

inevitably a significant spread in the data. The values given in Tables A.1 and A.2 do nevertheless give

provisions for ensuring that gross deficiencies or unrealistic requirements are avoided.

Higher vibration is permitted at other measurement positions and during transient conditions (see 4.2.4).

In most cases, the values given in Tables A.1 and A.2 are consistent with ensuring that adequate running

clearances are maintained and that the dynamic loads transmitted to the bearing support structure and

foundation are acceptable. However, in certain cases, there can be specific features or available experience

associated with a particular machine type, which can require other values (higher or lower) to be used for the

zone boundaries. The following are examples.

a) The machine vibration can be influenced by its mounting system and coupling arrangement to driven

machines. For example higher shaft relative vibration can be expected, if stiff bearing supports are used.

Conversely, for flexible bearing supports, lower shaft relative vibration may be expected, but shaft

absolute vibration may be higher. It may then be acceptable, based on demonstrated satisfactory

operating history, to use different zone boundary values.

b) Care should be taken to ensure that the shaft relative vibration does not indicate that the bearing

clearance is exceeded. Furthermore, it should be recognized that the allowable vibration can be related to

the journal diameter since, generally, running clearances are greater for larger diameter bearings. Where

bearings with small clearance are used, the zone boundary values given in Table A.1 may be reduced.

The degree to which the zone boundary values are to be reduced varies, dependent on the type of

bearing used (circular, elliptical, tilting pad, etc.) and the relationship between the measurement direction

and the minimum clearance. It is, therefore, not possible to give precise recommendations, but Annex B

provides a representative example for a plain cylindrical bearing.
4 © ISO 2009 – All rights reserved
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ISO 7919-2:2009(E)

c) For relatively lightly loaded bearings (e.g. exciter rotor steady bearings and synchronizing clutch

bearings) or other more flexible bearings, other criteria based on the detailed machine design may be

used.

d) Where vibration measurements are made away from the bearing, other criteria may apply.

NOTE 1 Different values can apply for measurements taken at different bearings on the same rotor line.

In general, when higher zone boundary values are used, it can be necessary for technical justification to be

provided to confirm that the machine's reliability is not compromised by operating with higher vibration. This

could be based, for example, on the detailed features of the machine or on successful operating experience

with machines of similar structural design and support.

NOTE 2 This part of ISO 7919 does not provide different evaluation zone values for steam turbines and generators

mounted on rigid and flexible foundations. This is consistent with ISO 10816-2, which deals with vibration on non-rotating

parts for the same class of machines. However, it is possible that this part of ISO 7919 and ISO 10816-2 will be revised in

the future to give different criteria with respect to support flexibility, if additional analysis of survey data on such machines

shows it to be warranted.
4.2.3 Operational limits for steady-state operation
4.2.3.1 General

For long-term steady-state operation, it is common practice to establish operational vibration limits. These

limits take the form of ALARMS and TRIPS.

ALARMS: To provide a warning that a defined vibration limit has been reached or a significant change has

occurred, at which remedial action may be necessary. In general, if an ALARM occurs, operation can continue

for a period whilst investigations are carried out (e.g. examine the influence of load, speed or other operational

parameters) to identify the reason for the change in vibration and to define any remedial action.

TRIPS: To specify the magnitude of vibration beyond which further operation of the machine can cause

damage. If the TRIP limit is exceeded, immediate action should be taken to reduce the vibration or the

machine should be shut down.

Different operational limits, reflecting differences in dynamic loading and support stiffness, may be specified

for different measurement positions and directions.
4.2.3.2 Setting of ALARMS

The ALARM limits may vary for individual machines. It is recommended that the values chosen normally be

set relative to baseline values determined from experience for the measurement position or direction for that

particular machine.

It is recommended that the ALARM limit be set higher than the baseline by an amount equal to 25 % of the

zone boundary B/C. The ALARM limit should not normally exceed 1,25 times the zone boundary B/C. If the

baseline value is low, the ALARM limit may be less than the zone B/C boundary.

Where there is no established baseline (e.g. with a new machine), the initial ALARM setting should be based

either on experience with other similar machines or relative to agreed acceptance values. In cases where no

such data are available, the ALARM limit for steady-state operation at normal operating speed should not

exceed the zone boundary B/C. After a period of time, the steady-state baseline values become established

and the ALARM setting should be adjusted accordingly.

Where the vibration signal is non-steady and non-repetitive, some method of averaging is required.

© ISO 2009 – All rights reserved 5
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ISO 7919-2:2009(E)

If the steady-state baseline changes (e.g. after a machine overhaul), the ALARM setting should be revised

accordingly. Different operational ALARM settings may subsequently exist for different measurement positions

on the machine, reflecting differences in dynamic loading and bearing support stiffness.

An example of establishing ALARM limits is given in ISO 10816-2:2009, Annex B.
4.2.3.3 Setting of TRIPS

The TRIP limits generally relate to the mechanical integrity of the machine and are dependent on any specific

design features which have been introduced to enable the machine to withstand abnormal dynamic forces.

The values used are generally the same for all machines of similar design and would not normally be related

to the steady-state baseline value used for setting ALARMS.

There can be differences for machines of different design and it is not possible to give more precise guidelines

for absolute TRIP limits. In general, the TRIP limit is within zone C or D, but it is recommended that it not

exceed 1,25 times the zone boundary C/D. However, experience with a specific machine may prescribe a

different limit.

Steam turbines and generators are often controlled by an automatic control system, which shuts down the

machine if the TRIP vibration limits are exceeded. In order to avoid unnecessary trips due to spurious signals,

it is common practice to adopt a control logic using multiple transducers and to define a time delay before any

automatic action is initiated to shut down the machine automatically. Therefore, if a vibration TRIP signal is

received, an action to proceed should only be acted upon if the signal is confirmed by at least two independent

transducers and exceeds the defined limit for a specified finite delay time. Typically, the delay time should be

in the range of 1 s to 3 s. It might also be prudent to introduce a second ALARM between the ALARM and

TRIP limits to alert operators that they are approaching the TRIP limit, so that they can take any corrective

action (e.g. load reduction or other manufacturer's recommendations) to avoid tripping the unit from full load.

4.2.4 Vibration magnitude during non-steady-state conditions (transient operation)

4.2.4.1 General

The vibration values given in Annex A are specified with regard to the long-term operation of the steam turbine

and/or generator at the specified steady-state operating conditions. Higher vibration can be tolerated during

the time that it takes for the steam turbine or generator to reach thermal equilibrium when the operating

conditions are changing at normal operating speed and during run up or run down. These higher values may

exceed the steady-state ALARM and TRIP limits specified in 4.2.3. For such cases, a “trip multiplier” may be

introduced which automatically raises the ALARM and TRIP limits for the period until steady-state conditions

are established (see 4.2.4.4).

For steam turbines and generators operating under non-steady-state conditions, such transient changes are

generally associated with thermal varia
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 7919-2
Troisième édition
2009-10-01
Vibrations mécaniques — Évaluation des
vibrations des machines par mesurages
sur les arbres tournants —
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
Mechanical vibration — Evaluation of machine vibration by
measurements on rotating shafts —
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
Numéro de référence
ISO 7919-2:2009(F)
ISO 2009
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ISO 7919-2:2009(F)
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ISO 7919-2:2009(F)
Sommaire Page

Avant-propos .....................................................................................................................................................iv

Introduction.........................................................................................................................................................v

1 Domaine d'application ..........................................................................................................................1

1 Références normatives.........................................................................................................................1

2 Modes opératoires de mesurage .........................................................................................................2

3 Critères d'évaluation .............................................................................................................................3

3.1 Généralités .............................................................................................................................................3

3.2 Critère I: Amplitude des vibrations......................................................................................................4

3.3 Critère II: Variation de l'amplitude des vibrations dans des conditions de régime

permanent à une vitesse normale de fonctionnement......................................................................9

4.4 Modes opératoires/critères supplémentaires...................................................................................10

4.5 Évaluation fondée sur les informations relatives aux vecteurs de vibrations..............................10

Annexe A (normative) Limites des zones d'évaluation.................................................................................11

Annexe B (informative) Limites des zones d'évaluation et jeu des paliers ................................................12

Bibliographie.....................................................................................................................................................13

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ISO 7919-2:2009(F)
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 7919-2 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 troisième édition annule et remplace la deuxième édition (ISO 7919-2:2001), qui a fait l'objet d'une

révision technique. Les principales modifications sont:

⎯ l'insistance sur le fait que les spécifications d'acceptation fassent toujours l'objet d'un accord entre le

fournisseur et l'acheteur de la turbine à vapeur et de l'alternateur avant installation;

⎯ la recommandation de positionner la limite d'ALARME pour un fonctionnement en régime permanent de

nouvelles machines à la limite de zone B/C, lorsque aucune donnée de référence établie n'est disponible;

⎯ un meilleur alignement entre la présente partie de l'ISO 7919 et l'ISO 7919-4, 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:
⎯ 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
⎯ Partie 4: Turbines à gaz à paliers à film fluide

⎯ Partie 5: Machines équipant les centrales hydroélectriques et les stations de pompage

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.
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ISO 7919-2:2009(F)
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 de turbines à vapeur et

d'alternateurs de grande taille. 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 turbines à vapeur et les alternateurs de grande taille, 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.
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NORME INTERNATIONALE ISO 7919-2:2009(F)
Vibrations mécaniques — Évaluation des vibrations des
machines par mesurages sur les arbres tournants —
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
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 turbines à vapeur et aux alternateurs pour applications

terrestres avec des puissances utiles excédant 50 MW et avec des vitesses normales de fonctionnement de

1 500 r/min, 1 800 r/min, 3 000 r/min ou 3 600 r/min. Elle est également applicable aux turbines à vapeur et/ou

aux alternateurs directement couplés à une turbine à gaz (par exemple pour des applications à cycle combiné).

Dans ces cas, les critères de la présente partie de l'ISO 7919 ne s'appliquent qu'à la turbine à vapeur et à

l'alternateur (y compris les embrayages de synchronisation). l'ISO 7919-4 et l'ISO 10816-4 sont applicables pour

l'évaluation des vibrations des turbines à gaz.

Les valeurs numériques spécifiées ne constituent pas l'unique référence d'évaluation de la sévérité vibratoire.

Pour les turbines à vapeur et les alternateurs de grande taille, 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 alternatives — Mesurages sur les arbres

tournants et critères d'évaluation — Partie 1: Directives générales
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ISO 7919-2:2009(F)
3 Modes opératoires de mesurage

Les modes opératoires et les instruments de mesurage doivent être conformes aux exigences générales de

l'ISO 7919-1 et sont comme suit.

L'expérience antérieure sur les turbines à vapeur et les alternateurs était limitée au mesurage des vibrations

absolues des arbres à l'aide de transducteurs en contact direct avec l'arbre. Plus récemment, à mesure qu'ont

été mis au point des transducteurs sans contact, les mesurages des vibrations relatives des arbres sont

devenus plus courants mais, le cas échéant, on peut obtenir les vibrations absolues des arbres par combinaison

vectorielle des sorties d'un transducteur sans contact et d'un transducteur sismique sur un montage commun qui

mesure les vibrations de la structure. Les deux approches sont utilisées, et les mesurages des vibrations

relatives des arbres ou des vibrations absolues des arbres sont en conséquence considérées au même titre

dans la présente partie de l'ISO 7919. Il convient toutefois de noter que la plage de fréquences des

transducteurs en contact direct avec l'arbre est plus restrictive que pour les transducteurs sans contact.

Pour la surveillance, le système de mesurage doit pouvoir mesurer les vibrations en bande large sur une plage

de fréquences allant de 1 Hz jusqu'à au moins trois fois la vitesse normale de fonctionnement maximale ou

125 Hz, en prenant la valeur la plus élevée. Toutefois, si les instruments servent également au diagnostic, une

gamme de fréquences plus étendue et/ou une analyse spectrale peuvent être nécessaires. Dans certains cas

particuliers où des vibrations significatives à basse fréquence peuvent être transmises à la machine, par

exemple dans les zones sismiques, il peut être nécessaire de filtrer la réponse basse fréquence des

instruments et/ou d'introduire un retard approprié. Si les valeurs résultant des mesurages effectués sur des

machines différentes sont comparées, il convient de s'assurer que la même gamme de fréquences a été

utilisée.

Il convient que les emplacements des mesurages de vibrations soient tels que l'on puisse évaluer le

mouvement transversal de l'arbre en certains points particuliers. Il convient de veiller à éviter de placer les

positions de mesurage sur des nœuds de vibrations et de s'assurer que le matériel de mesurage ne subit pas

l'influence néfaste de sources externes, telles que les bruits aériens et les bruits solidiens. Cela nécessite

généralement un mesurage dans deux directions radiales avec une paire de transducteurs orthogonaux au

droit de chaque palier principal ou adjacents à chacun. Les transducteurs peuvent être placés dans n'importe

quelle position angulaire, mais il est d'usage de choisir des positions sur la même moitié de palier qui sont soit

à ± 45 ° par rapport à la verticale, soit proches de la verticale et de l'horizontale.

On peut utiliser un transducteur radial unique au lieu de la paire plus typique de transducteurs orthogonaux, si

l'on sait qu'il donne des renseignements suffisants sur l'amplitude des vibrations de l'arbre. Toutefois, en

général, il convient de prendre des précautions lorsqu'on évalue les vibrations avec un seul transducteur au

niveau d'un plan de mesurage, puisque le transducteur risque de ne pas être orienté de manière à donner

une approximation suffisante de la valeur maximale au niveau de ce plan.

Il n'est pas habituel de mesurer les vibrations axiales des arbres sur des turbines à vapeur et des alternateurs.

Il convient de connaître les caractéristiques du système de mesurage en ce qui concerne les effets de

l'environnement; elles comprennent:
a) les écarts de température;
b) les champs magnétiques;
c) les bruits aériens et les bruits solidiens;
d) les variations de la source d'énergie;
e) l'impédance des câbles;
f) la longueur de câble du transducteur;
g) l'orientation du transducteur;
h) la rigidité de la fixation du transducteur.
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Il convient d'accorder une attention particulière au fait que les transducteurs de détection de vibrations soient

correctement montés et que l'agencement de montage n'altère pas la précision du mesurage (voir par

exemple l'ISO 10817-1).

La surface de l'arbre à l'emplacement du transducteur doit être lisse et exempte de toute discontinuité

géométrique, défaut d'homogénéité métallurgique et magnétisme local résiduel, susceptibles de provoquer de

faux signaux (dits défauts électriques). Il convient que les défauts électriques et mécaniques combinés à

«faible vitesse», mesurés par le transducteur, ne dépassent pas 25 % de la limite de zone A/B à la vitesse

normale de fonctionnement (voir le Tableau A.1).

Avant que les turbines à vapeur et les alternateurs n'atteignent leur vitesse, des mesurages de déplacement

d'arbre à faible vitesse peuvent être effectués. Dans ce cas, les caractéristiques à basse fréquence du système

de mesurage doivent être convenables. On ne peut généralement pas considérer que ces mesurages

fournissent une indication valable du faux-rond des arbres dans les conditions normales de fonctionnement, car

ces conditions peuvent être affectées par, par exemple, des flèches transitoires, des mouvements irréguliers du

tourillon dans le coussinet et des déplacements axiaux. Il convient de ne pas effectuer une soustraction

vectorielle des mesurages à faible vitesse par rapport aux mesurages de vibrations à vitesse de

fonctionnement sans étudier précisément ces facteurs, car les résultats peuvent fournir une interprétation

trompeuse des vibrations de la machine (voir l'ISO 7919-1).
4 Critères d'évaluation
4.1 Généralités

L'ISO 7919-1 donne une description générale des deux critères d'évaluation utilisés pour évaluer les

vibrations des arbres sur diverses catégories de machines. Le premier critère tient compte de l'amplitude des

vibrations en bande large des arbres observées, le second tient compte des modifications d'amplitude, qu'il

s'agisse d'augmentations ou de diminutions.

Les valeurs ici définies résultent de l'expérience avec des machines de ce type et, lorsque celles-ci sont

convenablement entretenues, elles permettent un fonctionnement acceptable.

NOTE Ces valeurs sont basées sur des Normes internationales antérieures, sur les résultats d'une étude qui a été

effectuée lorsque l'ISO 7919 (toutes les parties) et l'ISO 10816 (toutes les parties) ont été initialement élaborées, et sur le

retour des experts de l'ISO/TC 108.

Des critères sont présentés pour les conditions de fonctionnement en régime permanent à la vitesse normale

de fonctionnement et aux plages de charges spécifiées, incluant les variations lentes normales de la charge

électrique de l'alternateur. D'autres critères sont également présentés pour d'autres conditions en régime non

permanent lorsque des fluctuations transitoires se produisent. Les critères de vibrations représentent des

valeurs cibles fournissant des dispositions pour éviter des insuffisances graves ou des exigences irréalistes.

En particulier, l'hypothèse de base d'un fonctionnement sûr consiste à éviter tout contact métal sur métal

entre l'arbre tournant et les pièces fixes. Elles servent de base pour définir les spécifications d'acceptation

(voir 4.2.2.3).

Les critères concernent les vibrations produites par la turbine à vapeur et/ou l'alternateur, et non les vibrations

transmises depuis l'extérieur à l'ensemble de machines. Si l'on soupçonne une influence significative due aux

vibrations transmises (soit en régime permanent, soit intermittent), il convient d'effectuer des mesurages

lorsque la machine est à l'arrêt. Si l'amplitude des vibrations transmises est inacceptable, il convient de

prendre des mesures pour remédier à cette situation.

Il convient de noter qu'une évaluation globale de l'état vibratoire d'une machine repose souvent sur des

mesurages effectués sur les arbres tournants et sur les parties non tournantes.
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4.2 Critère I: Amplitude des vibrations
4.2.1 Généralités

Ce critère porte sur la définition des valeurs de l'amplitude des vibrations des arbres cohérentes avec des forces

dynamiques acceptables des paliers, des déplacements radiaux (jeux) convenables et une transmission

acceptable des vibrations au support et aux fondations.

4.2.2 Amplitude des vibrations à la vitesse normale de fonctionnement dans des conditions de

fonctionnement en régime permanent
4.2.2.1 Généralités

L'amplitude maximale des vibrations des arbres, observée au droit de chaque palier, est évaluée par rapport à

quatre zones d'évaluation établies par expérience au niveau international.
4.2.2.2 Zones d'évaluation

Les zones d'évaluation suivantes sont définies pour permettre d'effectuer une évaluation des vibrations des

arbres d'une machine donnée dans des conditions de régime permanent à une vitesse normale de

fonctionnement et pour donner des lignes directrices quant aux éventuelles mesures à prendre.

Zone A: Les vibrations des machines nouvellement mises en service appartiennent normalement à cette zone.

Zone B: Les machines dont les vibrations appartiennent à cette zone sont normalement considérées comme

acceptables pour un fonctionnement de longue durée sans la moindre restriction.

Zone C: Les machines dont les vibrations appartiennent à cette zone sont normalement considérées non

satisfaisantes pour un fonctionnement continu de longue durée. D'une manière générale, la machine peut être

exploitée pendant une période limitée dans ces conditions dans l'attente d'une occasion permettant de prendre

des mesures correctives.

Zone D: Les valeurs de vibrations appartenant à cette zone sont normalement considérées comme

suffisamment importantes pour endommager la machine.
NOTE Pour le fonctionnement en régime transitoire, voir 4.2.4.
4.2.2.3 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 l'installation. Les zones d'évaluation servent de référence pour définir les critères

d'acceptation pour des machines nouvelles ou réparées.

NOTE Historiquement, pour les machines nouvelles, les critères d'acceptation ont été spécifiés dans la zone A ou la

zone B, mais ne devraient normalement pas dépasser 1,25 fois la limite de la zone A/B.

4.2.2.4 Limites des zones d'évaluation

Les valeurs des limites de zones sont données dans les Tableaux A.1 et A.2 pour les vibrations relatives des

arbres et les vibrations absolues des arbres, respectivement. Ces valeurs s'appliquent aux mesurages des

vibrations radiales des arbres au droit ou à proximité des paliers, lorsque les mesurages sont effectués dans des

conditions de régime permanent à la vitesse normale de fonctionnement. Les valeurs numériques assignées

aux limites de zone ont été établies à partir des données représentatives fournies par les fabricants et les

utilisateurs. Il se produit inévitablement une dispersion significative des données. Néanmoins, les valeurs

données dans les Tableaux A.1 et A.2 fournissent des dispositions pour éviter des insuffisances graves ou

des exigences irréalistes.
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Des vibrations plus importantes sont autorisées aux autres positions de mesurage et au cours de conditions

transitoires (voir 4.2.4).

Dans la plupart des cas, les valeurs données dans les Tableaux A.1 et A.2 permettent de garantir que les jeux

en cours de fonctionnement sont maintenus et que les charges dynamiques transmises à la structure de

support de paliers et à la fondation sont acceptables. Toutefois, dans certains cas, des caractéristiques

particulières ou l'expérience acquise associées à un type de machine spécifique peuvent nécessiter

l'utilisation d'autres valeurs plus ou moins élevées pour les limites de zones. Ce qui suit constitue des

exemples.

a) Les vibrations de la machine peuvent être influencées par son système de montage et son installation de

couplage à des machines entraînées. On peut s'attendre, par exemple, à des vibrations relatives des

arbres plus importantes si l'on utilise des supports de paliers rigides. Inversement, pour des supports de

paliers souples, on peut s'attendre à des vibrations relatives des arbres plus faibles, mais les vibrations

absolues des arbres peuvent être supérieures. Il peut alors être acceptable, sur la base d'un diagramme

de fonctionnement satisfaisant et éprouvé, d'utiliser des valeurs de limites de zones différentes.

b) Il convient de veiller à ce que les vibrations relatives des arbres n'indiquent pas que le jeu des paliers est

dépassé. Il convient d'admettre de plus que les vibrations admissibles peuvent être liées au diamètre des

tourillons car, d'une manière générale, les jeux en fonctionnement sont plus importants pour des paliers

de plus grand diamètre. Lorsqu'on utilise des paliers avec un faible jeu, les valeurs des limites de zones

indiquées dans le Tableau A.1 peuvent être réduites. L'ampleur de la réduction des valeurs des limites de

zones varie en fonction du type de paliers utilisés (circulaires, elliptiques, paliers de butée à segments,

etc.) et de la relation entre la direction du mesurage et le jeu minimal. Il n'est par conséquent pas

possible de fournir des recommandations précises, l'Annexe B fournissant cependant un exemple

représentatif pour un palier cylindrique lisse.

c) Pour des paliers relativement peu chargés (par exemple des paliers fixes de rotor d'excitatrice, des

paliers de synchronisation d'embrayage) ou d'autres paliers plus souples, d'autres critères fondés sur la

structure détaillée de la machine peuvent être utilisés.

d) Lorsqu'on effectue des mesurages de vibrations loin du palier, d'autres critères peuvent s'appliquer.

NOTE 1 Différentes valeurs peuvent s'appliquer aux mesurages effectués sur différents paliers de la même ligne

rotorique.

En règle générale, lorsque l'on utilise des valeurs de limites de zone supérieures, il peut se révéler nécessaire

de faire appel à une justification technique permettant de confirmer que la fiabilité de la machine n'est pas

compromise du fait d'un fonctionnement avec des amplitudes de vibrations plus élevées. Cela peut reposer, par

exemple, sur les caractéristiques détaillées de la machine ou sur une expérience de fonctionnement

satisfaisante avec des machines de conception et de support structuraux similaires.

NOTE 2 La présente partie de l'ISO 7919 ne fournit aucune valeur de zone d'évaluation différente pour les turbines à

vapeur et les alternateurs montés sur des fondations rigides et des fondations souples. Cela est en accord avec

l'ISO 10816-2, traitant des vibrations sur les parties non tournantes pour la même catégorie de machines. Toutefois, la

présente partie de l'ISO 7919, tout comme l'ISO 10816-2, pourront être révisées dans le futur de manière à donner des

critères différents eu égard à la souplesse du support si une analyse additionnelle des données d'étude est justifiée pour

de telles machines.
4.2.3 Limites de fonctionnement en régime permanent
4.2.3.1 Généralités

Pour un fonctionnement de longue durée en régime permanent, il est d'usage d'établir des limites de vibration en

service. Ces limites prennent la forme d'ALARMES et de DÉCLENCHEMENTS.

ALARMES: Pour avertir qu'une valeur limite définie de vibration a été atteinte ou qu'un changement significatif

est intervenu pour lequel une mesure corrective peut être nécessaire. En général, si une situation d'ALARME se

produit, la machine continue à fonctionner pendant les investigations (par exemple en examinant l'influence de la

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ISO 7919-2:2009(F)

charge, de la vitesse et des autres paramètres de fonctionnement) pour identifier la raison de la variation des

vibrations et définir le remède à apporter.

DÉCLENCHEMENTS: Pour spécifier l'amplitude des vibrations au-delà de laquelle la poursuite du

fonctionnement de la machine peut provoquer un dommage. Si la limite de DÉCLENCHEMENT est dépassée, il

convient d'intervenir immédiatement pour réduire les vibrations ou d'arrêter la machine.

Différentes limites de fonctionnement, reflétant les différences de chargement dynamique et de rigidité des

supports, peuvent être spécifiées pour différents points et directions de mesurage.

4.2.3.2 Positionnement des ALARMES

Les limites d'ALARME peuvent varier d'une machine à l'autre. Il est recommandé que les valeurs choisies soient

normalement établies par rapport aux
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