ISO 7919-5:2005
(Main)Mechanical vibration — Evaluation of machine vibration by measurements on rotating shafts — Part 5: Machine sets in hydraulic power generating and pumping plants
Mechanical vibration — Evaluation of machine vibration by measurements on rotating shafts — Part 5: Machine sets in hydraulic power generating and pumping plants
ISO 7919-5:2005 gives guidelines for applying evaluation criteria for shaft vibration measured at, or close to, the bearings of machines or machine sets in hydraulic power generating and pumping plants under normal operating conditions. These guidelines are presented in terms of both steady-state running vibration and any amplitude changes that can occur in these steady vibration values. ISO 7919-5:2005 is applicable to machines or machine sets in hydraulic power generating and pumping plants where the hydraulic machines have speeds from 60 r/min to 1800 r/min, shell- or shoe-type sleeve bearings, and main engine power of at least 1 MW. The position of the shaft line can be vertical, horizontal or at an arbitrary angle between these two directions. Machine sets covered by ISO 7919-5:2005 include a combination of hydraulic turbines and generators, pumps and electrical machines operating as motors, pump-turbines and motor-generators, and hydraulic turbines, pumps and motor-generators (classic pump-storage machine sets), including auxiliary equipment (e.g. starting turbines or exciters lying in the shaft line). ISO 7919-5:2005 is also applicable to turbines or pumps connected to generators or electrical motors via gears and/or radially flexible couplings. It is not applicable to pumps in thermal power plants or industrial installations, hydraulic machines or machine sets having rolling element bearings, or hydraulic machines with water-lubricated bearings.
Vibrations mécaniques — Évaluation des vibrations des machines par mesurages sur les arbres tournants — Partie 5: Machines équipant les centrales hydroélectriques et les stations de pompage
L'ISO 7919-5:2005 donne des lignes directrices relatives aux critères d'évaluation des vibrations des arbres qui sont mesurées au droit ou au voisinage des paliers des machines ou des groupes générateurs de puissance équipant les centrales hydroélectriques et installations de pompage, dans les conditions normales de fonctionnement. Ces lignes directrices concernent les vibrations dans les conditions de fonctionnement stables ainsi que les variations d'amplitude susceptibles d'affecter ces valeurs de vibration dans ces conditions. L'ISO 7919-5:2005 est applicable aux machines ou aux groupes générateurs de puissance équipant les centrales hydroélectriques et installations de pompage dont les vitesses sont comprises entre 60 tr/min et 1800 tr/min, ayant des paliers à demi-coussinets ou à coussinets, et dont la puissance utile est au moins égale à 1 MW. La position de l'axe de l'arbre peut être verticale, horizontale, ou faire un angle arbitraire entre ces deux directions. Les groupes générateurs traités dans l'ISO 7919-5:2005 comprennent turbines et générateurs hydrauliques, pompes et machines électriques fonctionnant comme des moteurs, turbopompes et groupes convertisseurs, et turbines, pompes et groupes convertisseurs (groupe de machines classiques de pompage et de stockage), y compris le matériel auxiliaire (par exemple les turbines de démarrage ou les excitatrices se situant sur l'axe de l'arbre). L'ISO 7919-5:2005 est applicable également aux turbines ou aux pompes reliées à des générateurs ou à des moteurs électriques par l'intermédiaire de transmissions et/ou d'accouplements à articulation radiale. Elle n'est pas applicable aux pompes des centrales thermiques ou des installations industrielles, aux machines ou groupes générateurs hydrauliques comportant des roulements, ou aux machines hydrauliques comportant des paliers à lubrification à eau.
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 7919-5
Second edition
2005-04-15
Mechanical vibration — Evaluation
of machine vibration by measurements
on rotating shafts —
Part 5:
Machine sets in hydraulic power
generating and pumping plants
Vibrations mécaniques — Évaluation des vibrations des machines
par mesurages sur les arbres tournants —
Partie 5: Machines équipant les centrales hydroélectriques
et les stations de pompage
Reference number
ISO 7919-5:2005(E)
©
ISO 2005
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ISO 7919-5:2005(E)
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Published in Switzerland
ii © ISO 2005 – All rights reserved
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ISO 7919-5:2005(E)
Contents Page
Foreword. iv
1 Scope. 1
2 Normative references . 2
3 Measurement procedures . 2
3.1 General. 2
3.2 Measurement type. 2
3.3 Measurement planes. 3
3.4 Measuring equipment. 3
4 Evaluation criteria . 3
4.1 Turbine operating conditions . 3
4.2 Pump operating conditions. 4
4.3 Special operating conditions. 4
Annex A (normative) Evaluation criteria for relative shaft vibration of hydraulic turbine sets under
specified operating conditions. 5
Annex B (informative) Special features of shaft vibration of hydraulic machine sets. 10
Annex C (informative) Analysis procedure and applied regression technique . 12
Annex D (informative) Objectives of this edition of ISO 7919-5. 14
Bibliography . 16
ISO 2004 – All rights reserved iii
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ISO 7919-5:2005(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 7919-5 was prepared jointly by Technical Committee ISO/TC 108, Mechanical vibration and shock,
Subcommittee SC 2, Measurement and evaluation of mechanical vibration and shock as applied to machines,
vehicles and structures, and Technical Committee IEC/TC 4, Hydraulic turbines. The draft was circulated for
voting to the national bodies of ISO and IEC separately.
This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 7919-5:1997), of which it constitutes a technical
revision. Evaluation criteria have been modified, substituting the former four evaluation zones by a more
global division of the whole evaluation area into two major ranges, with changed definitions and divided by the
former B/C borderline. Inside the two major ranges A-B and C-D, the old borderlines A/B and C/D are kept to
indicate different statistically based severity grades. More information on the objectives of this revision is given
in Annex D.
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
Part 5: Machine sets in hydraulic power generating and pumping plants
iv ISO 2004 – All rights reserved
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 7919-5:2005(E)
Mechanical vibration — Evaluation of machine vibration
by measurements on rotating shafts —
Part 5:
Machine sets in hydraulic power generating and pumping
plants
1 Scope
This part of ISO 7919 gives guidelines for applying evaluation criteria for shaft vibration measured at, or close
to, the bearings of machines or machine sets in hydraulic power generating and pumping plants under normal
operating conditions. These guidelines are presented in terms of both steady-state running vibration and any
amplitude changes that can occur in these steady vibration values.
NOTE 1 The numerical values specified are not intended to serve as the only basis for vibration evaluation since, in
general, the vibratory condition of a machine is assessed by consideration of both the shaft vibration and the associated
structural vibration (see ISO 7919-1 and ISO 10816-1).
This part of ISO 7919 is applicable to machines or machine sets in hydraulic power generating and pumping
plants where the hydraulic machines have speeds from 60 r/min to 1 800 r/min, shell- or shoe-type sleeve
bearings, and main engine power of at least 1 MW. The position of the shaft line can be vertical, horizontal or
at an arbitrary angle between these two directions.
Machine sets covered by this part of ISO 7919 include a combination of
hydraulic turbines and generators,
pumps and electrical machines operating as motors,
pump-turbines and motor-generators, and
hydraulic turbines, pumps and motor-generators (classic pump-storage machine sets),
including auxiliary equipment (e.g. starting turbines or exciters lying in the shaft line).
This part of ISO 7919 is also applicable to turbines or pumps connected to generators or electrical motors via
gears and/or radially flexible couplings.
NOTE 2 Electrical machines with speeds between 1 000 r/min and 1 800 r/min are evaluated according to the criteria
specified in ISO 7919-3.
This part of ISO 7919 is not applicable to
pumps in thermal power plants or industrial installations (for these machines, see ISO 7919-3),
hydraulic machines or machine sets having rolling element bearings, or
hydraulic machines with water-lubricated bearings.
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ISO 7919-5:2005(E)
As specified in ISO 7919-1, shaft vibration of machines or machine sets in hydraulic power generating and
pumping plants can be determined with regard to the following tasks:
task A: changes in vibrational behaviour;
task B: excessive kinetic load;
task C: the monitoring of radial clearance.
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, Mechanical vibration of non-reciprocating machines — Measurements on rotating shafts and
evaluation criteria — Part 1: General guidelines
ISO 10817-1, Rotating shaft vibration measuring systems — Part 1: Relative and absolute sensing of radial
vibration
IEC 60994, Guide for field measurement of vibrations and pulsations in hydraulic machines (turbines, storage
pumps and pump-turbines)
3 Measurement procedures
3.1 General
The measurement procedures to be followed and the instrumentation to be used shall be as described in
ISO 7919-1 and IEC 60994.
3.2 Measurement type
Relative and absolute shaft vibration measurements are carried out on hydraulic machine sets using non-
contacting transducers. Shaft-riding probes with seismic transducers cannot generally be used due to the very
low frequency range of the measuring equipment required for low-speed hydraulic machinery.
For relative measurements, transducers should be mounted directly on the bearing shell or the bearing pad. If
the transducers are installed on the bearing support structure or bearing housing, as it is common for vertical
machines, care shall be taken that the relative motion between the bearing shell or pad and the transducer
itself is small compared with the shaft motion. If this is not so, the measured signal cannot be said to be
representative of the relative movement between the shaft and bearing shell or bearing pad, respectively. This
requirement can be assessed by static analysis of the structure or additional measurements; the latter is
usually difficult and expensive.
With regard to the transducer support structures, it is advisable that the lowest natural frequency of those
vibration modes that create significant movements in the working direction of shaft displacement transducers
be greater than seven times the synchronous rotational frequency, and should not be a direct multiple of the
synchronous rotational frequency.
The absolute vibration of the support frame should always be measured using seismic transducers installed
on the support frame as close as possible to the shaft movement transducer and in the same direction of
action. The readings from the seismic transducers may be used after conversion into displacements to
evaluate the absolute shaft displacement.
NOTE Apart from the shaft vibration, the vibration of the bearing support is frequently monitored as well. The
vibration measurement at the lower guide bearings of vertical machines can, however, be misinterpreted. The vibration
value measured at the bearings and their supports, which are rigidly embedded in the building, is sometimes produced by
hydraulic forces, directly transmitted from the hydraulic machine via the foundation, and is not produced by radial shaft
vibration.
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ISO 7919-5:2005(E)
3.3 Measurement planes
Measurement tasks A and B (see Clause 1) require measurements to be taken at all main bearings of the
machine set. If possible, the setting of the transducers at the different bearings should be in line. For vertical
machines, in most cases the preferred measurement directions are upstream and 90° apart in the direction of
rotation. For horizontal machines, the measurement directions are often chosen to be ± 45° from the vertical
for practical reasons.
For monitoring purposes (task A) only, in some cases the measurement planes may be reduced to the most
important ones, mainly at machine sets with four or more bearings. The selection should be based on
vibration performance analyses, simulating all types of faults or disturbing events. The preferred measurement
planes should be those where possible disturbing events produce significant shaft amplitudes.
Measurement task C requires the installation of transducers near to, or inside, the hydraulic machine seals or
labyrinths, or at positions from where it is possible to reconstruct the shaft line deflection within the hydraulic
machine for all relevant vibration modes. Appropriate measurements are, in special cases, part of the
commissioning of a machine set. They yield transfer functions for the different permanent measurement
planes.
NOTE When judging the vibration behaviour of the whole machine, it is important to measure also at a distance from
the bearings (e.g. in the coupling area) to obtain information about the amplitude distribution along the shaft line. If a
bearing plane is near to a vibration node, the vibration behaviour and the actual shaft line deflection can be
underestimated.
3.4 Measuring equipment
The measuring equipment performance shall be in accordance with the requirements of ISO 10817-1 and
IEC 60994.
The frequency range of the measuring equipment shall correspond to the wide excitation spectrum of shaft
vibration in hydraulic machines. It should be from one-quarter of the nominal rotational frequency of the
machine up to two times the bucket or blade passing frequency.
The amplitude range of the measurement system should be at least four times the values of the borderline
between major ranges A-B and C-D (see A.2), so that transient operating conditions can be accurately
monitored.
4 Evaluation criteria
4.1 Turbine operating conditions
Evaluation criteria for vibration magnitude and changes in vibration magnitude for machine sets in turbine
operating conditions are presented in Annex A.
With respect to the special nature of the vibration orbits of vertical shaft hydromachines, the measurement
quantity should preferably be the maximum vibration displacement S . Since most of the monitoring
max
systems display displacement magnitudes as S values (vibration peak-to-peak displacement in the direction
p-p
of measurement; see ISO 7919-1), the evaluation criteria are specified for both measurement quantities.
Application of these criteria is valid for machine sets with nominal speeds between 60 r/min and 1 800 r/min
operating within the contractually permissible steady-state load.
The limiting values are applicable to all kinds of turbine-driven machine sets, independent of type, head and
power, under steady-state conditions, except for the restrictions stated in Clause 1.
It shall be noted that, due to radial forces from swirling flow downstream of the runner, higher shaft vibration
amplitudes may occur in off-design operation of axial turbines with non-regulated runner blades, Francis
turbines and pump-turbines. The range affected is normally defined by a turbine discharge lower than 80 % of
the respective discharge at maximum efficiency at each head.
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ISO 7919-5:2005(E)
In the case of pump-turbines, higher shaft vibration amplitudes than normally expected can occur due to the
runner design, which is a compromise of the optimal design for turbine and pump runners. For
hydromechanically smoother running turbine types (e.g. Pelton turbines, double-regulated Kaplan turbines),
lower shaft vibration amplitudes can normally be expected.
4.2 Pump operating conditions
At present, insufficient data are available to prepare criteria for machine sets under pump operating conditions.
They will be added to a future edition of this part of ISO 7919.
4.3 Special operating conditions
Attention should be paid to the following operating conditions:
a) steady-state operating conditions at low partial load, at overload, and the frequent transient operating
conditions during start-up and shut-down;
b) rare transient operating conditions such as emergency shut-down, no discharge operation, and running
through the brake quadrant with pumps and pump-turbines.
The evaluation of such processes is much more difficult than that of operation within the specified load range.
At present there are insufficient values determined from experience to establish limiting curves for these
operating conditions. The less the operating condition corresponds to the nominal conditions, the more the
flow within the hydraulic machine is disturbed; disturbances such as separation and swirl generate violent
stochastic vibration excitation. Due to the density of water, the forces caused by the stochastic excitation are
much greater than in thermal turbomachines.
Therefore, during operations outside of the specified load range, the shaft vibration caused by mass
unbalances can, in general, be totally masked by the stochastic components. Because of these large
stochastic components under extraordinary operating conditions, it is not advisable to rely only on the
momentary S or S vibration value, but more on their mean values averaged over at least ten rotations of
max p-p
the shaft.
It should be noted that, in general, an overall judgement of the vibratory state of a machine is made on the
basis of both shaft relative vibration as defined above and of measurements made on non-rotating parts (see
ISO 10816-5).
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ISO 7919-5:2005(E)
Annex A
(normative)
Evaluation criteria for relative shaft vibration of hydraulic turbine sets
under specified operating conditions
A.1 General
The relative shaft vibration of hydraulic machine sets measured at, or close to, the bearings should be
evaluated on the basis of the following two criteria.
Criterion I: The reliable and safe running of a machine under normal operating conditions requires that the
vibration magnitude remain below certain limits consistent with, for example, acceptable kinetic loads and
adequate margins on the radial clearance envelope for the machine. Generally, this criterion will be taken as
the basis for evaluation of machines in the absence of any other established knowledge of the satisfactory
running characteristics for machines of that type (e.g. for new machine types).
Criterion II: Changes relative to a reference value should not be allowed to exceed certain limits. This is
because changes in vibration magnitude, even though the specified limits are not exceeded, may point to
incipient damage or some other irregularity.
A.2 Criterion I: Vibration magnitude at rated speed under steady-state operating
conditions
A.2.1 General
Recommended values are given in Figure A.1 for the maximum vibration displacement in the plane of
measurement, S , and in Figure A.2 for the vibration peak-to-peak displacement in the direction of
max
measurement, S , as a function of the maximum service speed. Both quantities are measured in the radial
p-p
direction at, or close to, the main load-carrying journal bearings at rated speed(s) under steady-state operating
conditions as defined in 4.1. Higher values of vibration may be permitted at other measurement positions and
under conditions described in Annex B.
The total area of vibration magnitudes, shown in Figures A.1 and A.2, is divided into two major ranges that are
defined as follows.
Major range A-B: Machines with vibration magnitudes within this major range are considered acceptable for
unrestricted long-term operation.
Major range C-D: Machines in this major range have high vibration magnitudes. It is necessary in each case
to check if the measured values are permissible for long-term continuous operation considering the specific
design and operating conditions. In all cases, evaluation should be made comparing the shaft relative
vibration in relati
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 7919-5
Deuxième édition
2005-04-15
Vibrations mécaniques — Évaluation des
vibrations des machines par mesurages
sur les arbres tournants —
Partie 5:
Machines équipant les centrales
hydroélectriques et les stations de
pompage
Mechanical vibration — Evaluation of machine vibration
by measurements on rotating shafts —
Part 5: Machine sets in hydraulic power generating and pumping plants
Numéro de référence
ISO 7919-5:2005(F)
©
ISO 2005
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ISO 7919-5:2005(F)
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Publié en Suisse
ii © ISO 2005 – Tous droits réservés
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ISO 7919-5:2005(F)
Sommaire Page
Avant-propos. iv
1 Domaine d'application. 1
2 Références normatives. 2
3 Méthodes de mesure . 2
3.1 Généralités. 2
3.2 Types de mesurage. 2
3.3 Plans de mesurage . 3
3.4 Équipement de mesure. 3
4 Critères d'évaluation. 4
4.1 Conditions de fonctionnement des turbines . 4
4.2 Conditions de fonctionnement des pompes. 4
4.3 Conditions de fonctionnement particulières . 4
Annexe A (normative) Critères d'évaluation des vibrations relatives de l'arbre des groupes de
turbines hydrauliques dans les conditions de fonctionnement spécifiées. 6
Annexe B (informative) Particularités des vibrations de l'arbre des groupes générateurs
hydrauliques. 11
Annexe C (informative) Mode opératoire d'analyse et technique de régression appliquée. 13
Annexe D (informative) Objectifs et détails de la présente édition de l'ISO 7919-5 . 15
Bibliographie . 17
© ISO 2005 – Tous droits réservés iii
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ISO 7919-5:2005(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 7919-5 a été élaborée conjointement par le comité technique ISO/TC 108, Vibrations et chocs
mécaniques, sous-comité SC 2, Mesure et évaluation des vibrations et chocs mécaniques intéressant les
machines, les véhicules et les structures, et le comité technique CEI/TC 4, Turbines hydrauliques. Le projet a
été diffusé pour le vote aux comités nationaux de l'ISO et de la CEI séparément.
Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO 7919-5:1997), dont elle constitue une
révision technique. Les critères d'évaluation ont été modifiés en remplaçant les quatre zones d'évaluation
précédentes par une division plus globale de la totalité de la zone d'évaluation, en deux grandes zones dont
les définitions ont été changées, et délimitées par l'ancienne ligne de séparation B/C. Au sein des deux zones
majeures A-B et C-D, les anciennes limites A/B et C/D ont été conservées pour indiquer les différents degrés
de gravité en fonction des données statistiques. Pour davantage d'informations sur les objectifs de cette
révision, se reporter à l'Annexe D.
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 installés sur fondation radier, 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
Partie 5: Machines équipant les centrales hydroélectriques et les stations de pompage
iv © ISO 2005 – Tous droits réservés
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NORME INTERNATIONALE ISO 7919-5:2005(F)
Vibrations mécaniques — Évaluation des vibrations
des machines par mesurages sur les arbres tournants —
Partie 5:
Machines équipant les centrales hydroélectriques
et les stations de pompage
1 Domaine d'application
La présente partie de l'ISO 7919 donne des lignes directrices relatives aux critères d'évaluation des vibrations
des arbres qui sont mesurées au droit ou au voisinage des paliers des machines ou des groupes générateurs
de puissance équipant les centrales hydroélectriques et installations de pompage, dans les conditions
normales de fonctionnement. Ces lignes directrices concernent les vibrations dans les conditions de
fonctionnement stables ainsi que les variations d'amplitude susceptibles d'affecter ces valeurs de vibration
dans ces conditions.
NOTE 1 Les valeurs numériques spécifiées ne sont pas destinées à être utilisées comme base unique pour
l'évaluation des vibrations étant donné que, généralement, les critères qui concernent les vibrations d'une machine sont
évalués en prenant en compte les vibrations à la fois de l'arbre et des structures qui lui sont associées (voir ISO 7919-1 et
ISO 10816-1).
La présente partie de l'ISO 7919 est applicable aux machines ou aux groupes générateurs de puissance
équipant les centrales hydroélectriques et installations de pompage dont les vitesses sont comprises entre
60 tr/min et 1 800 tr/min, ayant des paliers à demi-coussinets ou à coussinets, et dont la puissance utile est
au moins égale à 1 MW. La position de l'axe de l'arbre peut être verticale, horizontale, ou faire un angle
arbitraire entre ces deux directions.
Les groupes générateurs traités dans la présente partie de l'ISO 7919 comprennent
turbines et générateurs hydrauliques,
pompes et machines électriques fonctionnant comme des moteurs,
turbopompes et groupes convertisseurs, et
turbines, pompes et groupes convertisseurs (groupe de machines classiques de pompage et de
stockage),
y compris le matériel auxiliaire (par exemple les turbines de démarrage ou les excitatrices se situant sur l'axe
de l'arbre).
La présente partie de l'ISO 7919 est applicable également aux turbines ou aux pompes reliées à des
générateurs ou à des moteurs électriques par l'intermédiaire de transmissions et/ou d'accouplements à
articulation radiale.
NOTE 2 Les machines électriques dont les vitesses se situent entre 1 000 tr/min et 1 800 tr/min sont évaluées
conformément aux critères spécifiés dans l'ISO 7919-3.
© ISO 2005 – Tous droits réservés 1
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ISO 7919-5:2005(F)
La présente partie de l'ISO 7919 n'est pas applicable
aux pompes des centrales thermiques ou des installations industrielles (pour ces machines, voir
l'ISO 7919-3),
aux machines ou groupes générateurs hydrauliques comportant des roulements, ou
aux machines hydrauliques comportant des paliers à lubrification à eau.
Conformément à l'ISO 7919-1, les vibrations des arbres des machines ou groupes générateurs de puissance
équipant les centrales hydroélectriques ou installations de pompage peuvent être déterminées par rapport aux
missions suivantes:
mission A: variations du comportement vibratoire;
mission B: force tournante excessive;
mission C: surveillance du jeu radial.
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, Vibrations mécaniques des machines non alternatives — Mesurages sur les arbres tournants et
critères d'évaluation — Partie 1: Directives générales
ISO 10817-1, Systèmes de mesure des vibrations des arbres tournants — Partie 1: Captage relatif et captage
absolu des vibrations radiales
CEI 60994, Guide pour la mesure in situ des vibrations et fluctuations sur machines hydrauliques (turbines,
pompes d'accumulation et pompes-turbines)
3 Méthodes de mesure
3.1 Généralités
Les méthodes de mesure à suivre et les instruments à utiliser doivent être ceux décrits dans l'ISO 7919-1 et
dans la CEI 60994.
3.2 Types de mesurage
Les mesurages des vibrations relatives et absolues des arbres sont effectués sur les groupes générateurs
hydrauliques en utilisant des capteurs sans contact. La gamme de fréquences de l'équipement de mesurage
nécessaire pour les machines hydrauliques lentes étant très basse, on ne peut pas généralement utiliser des
capteurs à patins en contact avec l'arbre sur lesquels sont montés des capteurs sismiques.
Pour les mesurages relatifs, il convient de monter les capteurs directement sur le demi-coussinet ou sur le
coussinet du palier. Si les capteurs sont placés sur la structure supportant les paliers ou dans le carter du
palier, comme c'est l'habitude pour les machines verticales, on doit veiller à ce que le mouvement relatif entre
le demi-coussinet ou les patins du palier et le capteur lui-même soit faible par rapport au mouvement de
l'arbre. Sinon, le signal mesuré ne peut pas être considéré comme représentatif du mouvement relatif entre
l'arbre et le demi-coussinet ou le coussinet du palier. Cette exigence peut être évaluée par une analyse
statique de la structure ou un mesurage supplémentaire, ce dernier étant en général difficile et coûteux.
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En ce qui concerne les supports du capteur, il est recommandé que la fréquence propre inférieure des modes
de vibrations créant des mouvements importants dans la direction de fonctionnement des capteurs de
déplacement de l'arbre soit supérieure à sept fois la fréquence de rotation synchrone et ne soit pas un
multiple direct de la fréquence de rotation synchrone.
Il convient de toujours mesurer les vibrations absolues du support en utilisant des capteurs sismiques placés
sur le support, aussi près que possible du capteur des mouvements de l'arbre et dans la même direction
d'action. Après conversion en déplacements, les relevés des capteurs sismiques peuvent être utilisés pour
évaluer le déplacement absolu de l'arbre.
NOTE Outre les vibrations de l'arbre, les vibrations du support des paliers sont également souvent surveillées. Le
mesurage des vibrations au niveaux des paliers guides inférieurs des machines verticales peut toutefois être mal
interprété. Le niveau de vibrations mesuré sur les paliers et leurs supports scellés de manière rigide dans les bâtiments
est parfois produit par des forces hydrauliques directement transmises de la machine hydraulique par l'intermédiaire des
fondations et non par les vibrations radiales de l'arbre.
3.3 Plans de mesurage
Les missions A et B (voir Article 1) nécessitent des mesurages au niveau de tous les paliers principaux du
groupe hydraulique. Il convient, si possible, de placer les capteurs en ligne au niveau des différents paliers.
Pour les machines verticales, les directions de mesurage préférées sont, dans la plupart des cas, vers l'amont
et à 90° dans le sens de rotation. Pour les machines horizontales, les directions de mesurage sont souvent
choisies à ± 45° de la verticale, pour des raisons pratiques.
À des fins de surveillance uniquement (mission A), les plans de mesurage peuvent, dans certains cas, être
limités aux plus importants, principalement sur les groupes hydrauliques comportant quatre paliers ou plus. Il
convient de faire reposer la sélection sur les analyses des performances des vibrations, en simulant tous les
types de défauts et de perturbations. Il convient de préférer les plans de mesurage où les perturbations
éventuelles produisent des amplitudes importantes de l'arbre.
La mission de mesurage C nécessite le montage de capteurs près des joints ou des labyrinthes de la machine
hydraulique ou à l'intérieur, ou encore en des points où il est possible de reconstituer la déflexion de l'axe de
l'arbre dans la machine, pour tous les modes de vibration concernés. Dans des cas particuliers, des
mesurages appropriés font partie de la mise en service d'un groupe hydraulique. Ils peuvent entraîner des
fonctions de transfert pour les différents plans de mesurage permanents.
NOTE Lors de l'appréciation du comportement de l'ensemble de la machine, il importe d'effectuer également des
mesurages à une certaine distance des paliers (dans la zone d'accouplement par exemple) afin d'obtenir des informations
sur la distribution de l'amplitude le long de l'axe de l'arbre. Si le plan d'un palier se trouve près d'un nœud de vibration, les
amplitudes de vibrations et la déflexion effective de l'axe de l'arbre peuvent être sous-estimées.
3.4 Équipement de mesure
Les performances de l'équipement de mesure doivent être conformes aux prescriptions de l'ISO 10817-1 et
de la CEI 60994.
La plage de fréquences de l'équipement de mesure doit correspondre au spectre large d'excitation de
vibrations de l'arbre sur les machines hydrauliques. Il convient qu'elle aille d'un quart de la fréquence
nominale de rotation de la machine à deux fois la fréquence de passage de l'auget ou des pales.
Il convient que la plage d'amplitude du système de mesure soit au moins égale à quatre fois les valeurs de la
limite entre les zones A-B et C-D (voir A.2), de manière à pouvoir surveiller exactement les conditions de
fonctionnement transitoires.
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4 Critères d'évaluation
4.1 Conditions de fonctionnement des turbines
L'Annexe A présente les critères d'évaluation de l'amplitude des vibrations et de ses variations pour les
groupes hydrauliques dans les conditions de fonctionnement des turbines.
Compte tenu du caractère particulier des orbites des vibrations des machines hydrauliques à arbre vertical, il
convient que la grandeur de mesurage soit le déplacement relatif maximal S . La plupart des systèmes de
max
surveillance affichant des amplitudes de déplacement sous forme de valeurs S (déplacement vibratoire
p-p
crête à crête dans la direction du mesurage; voir ISO 7919-1), les critères d'évaluation sont spécifiés pour les
deux grandeurs de mesurage. Ces critères s'appliquent aux groupes hydrauliques dont les vitesses
nominales se situent entre 60 tr/min et 1 800 tr/min et qui fonctionnent dans la plage de puissance
stationnaire admissible de façon contractuelle.
Les valeurs limites s'appliquent à toutes les catégories de groupes hydrauliques à turbines, indépendamment
du type, de la hauteur de charge et de la puissance, sauf restrictions figurant à l'Article 1.
On doit considérer que, du fait de forces radiales provenant d'un écoulement rotationnel en aval de la roue,
des amplitudes de vibrations de l'arbre plus élevées peuvent se produire lors d'un fonctionnement hors du
point de tracé optimal, pour les turbines axiales à pales fixes, les turbines Francis et les turbines-pompes. La
zone affectée est normalement définie par le débit de la turbine inférieur à 80 % du débit respectif à plein
rendement à chaque hauteur.
Dans le cas de turbines-pompes, les amplitudes des vibrations de l'arbre peuvent être plus importantes que
ce que l'on escompte normalement du fait des critères de conception de la roue qui sont un compromis entre
les conceptions optimales pour une turbine et pour une pompe. Pour les types de turbines à fonctionnement
hydromécanique plus doux (par exemple les turbines Pelton ou les turbines Kaplan à double réglage), on peut
normalement s'attendre à des amplitudes vibratoires plus faibles de l'arbre.
4.2 Conditions de fonctionnement des pompes
À l'heure actuelle, on ne dispose pas de données suffisantes pour élaborer des critères concernant les
groupes hydrauliques fonctionnant en condition de pompage. Ils figureront dans une future édition de la
présente partie de l'ISO 7919.
4.3 Conditions de fonctionnement particulières
Il convient de faire tout particulièrement attention aux conditions de fonctionnement suivantes:
a) en régime stationnaire avec charge partielle faible, en surcharge, et dans les conditions de
fonctionnement transitoires fréquentes au démarrage et à l'arrêt;
b) en régime transitoire rare tel qu'arrêt d'urgence, fonctionnement en absence de refoulement,
fonctionnement dans le quadrant pompe-frein pour les pompes et les turbines-pompes.
L'évaluation de ces processus est beaucoup plus difficile que celle d'un fonctionnement dans la plage de
puissance spécifiée. L'expérience ne permet pas actuellement de disposer de suffisamment de valeurs pour
établir des courbes limites dans ces conditions de fonctionnement. Moins les conditions de fonctionnement
correspondent aux conditions nominales, plus l'écoulement est perturbé dans la machine hydraulique; des
perturbations telles que séparations et tourbillons provoquent une violente excitation stochastique. Du fait de
la densité de l'eau, les forces induites par l'excitation stochastique sont plus fortes que sur les turbomachines
thermiques.
C'est pourquoi, lors de fonctionnements en dehors de la plage de puissance spécifiée, les vibrations de l'arbre
provoquées par les balourds sont, en règle générale, totalement couvertes par les composantes
stochastiques. Ces composantes stochastiques importantes dans des conditions de fonctionnement
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exceptionnelles font qu'il convient de se fier moins à la valeur instantanée maximale S ou à la valeur S ,
max p-p
et plus à la valeur moyenne sur au moins dix rotations de l'arbre.
Il convient de noter qu'en général un jugement global sur l'état vibratoire de la machine repose à la fois sur les
vibrations relatives de l'arbre définies ci-dessus et sur les mesurages effectués sur les éléments non
tournants (voir ISO 10816-5).
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Annexe A
(normative)
Critères d'évaluation des vibrations relatives de l'arbre des groupes de
turbines hydrauliques dans les conditions de fonctionnement spécifiées
A.1 Généralités
Il convient d'évaluer les vibrations relatives de l'arbre des groupes hydrauliques au niveau ou à proximité des
paliers sur la base des deux critères suivants.
Critère I: La marche sûre et fiable d'une machine dans les conditions normales de fonctionnement nécessite
de maintenir l'amplitude des vibrations en dessous de certaines limites compatibles, par exemple avec des
forces cinétiques acceptables et des déplacements radiaux convenables. Ce critère servira en général de
base pour l'évaluation des machines en l'absence d'autres connaissances établies en matière de
caractéristiques de fonctionnement satisfaisant pour les machines de ce type (par exemple de nouveaux
modèles de machine).
Critère II: Il convient de ne pas laisser les variations par rapport à une valeur de référence dépasser certaines
limites. Même si les limites spécifiées ne sont pas dépassées, les variations de l'amplitude des vibrations
peuvent signaler l'amorce d'une détérioration ou tout autre incident.
A.2 Critère I: Amplitude des vibrations à la vitesse nominale dans des conditions
de fonctionnement stationnaires
A.2.1 Généralités
Les valeurs recommandées sont données à la Figure A.1 pour le déplacement vibratoire maximal dans le plan
de mesurage, S , et à la Figure A.2 pour le déplacement vibratoire crête à crête dans la direction de
max
mesurage, S , en fonction de la vitesse maximale de service. Les deux grandeurs sont mesurées en
p-p
direction radiale, au niveau ou à proximité des principaux paliers porteurs de charge, à vitesse(s) nominale(s),
dans les conditions de fonctionnement stationnaires définies en 4.1. Des valeurs de vibration supérieures
peuvent être admises en d'autres points de mesurage et dans les conditions décrites à l'Annexe B.
L'étendue totale des amplitudes des vibrations, donnée aux Figures A.1 et A.2, est divisée en deux zones
majeures définies ci-après.
Zone majeure A-B: Les machines dont les amplitudes des vibrations appartiennent à cette zone majeure
sont normalement jugées acceptables pour un fonctionnement à long terme sans restriction.
Zone majeure C-D: Les machines situées dans cette zone majeure ont des vibrations d'importance élevée. Il
est nécessaire, dans chaque cas, de vérifier si les valeurs mesurées sont possibles pour un fonctionnement
continu à long terme en fonction de la conception et des conditions de fonctionnement de la machine. Dans
tous les cas, il convient de comparer la vibration relative de l'arbre par rapport au jeu diamétral du palier et à
l'épaisseur du film d'huile.
Les valeurs indiquées aux Figures A.1 et A.2 sont fondées sur des analyses statistiques portant sur plus de
900 séries de données recueillies de par le monde sur des machines de tous types, vitesses et puissances.
Les mesurages ont été effectués sur des machines fonctionnant dans des conditions normales d'utilisation,
sans difficultés et pendant une longue période. L'analyse a donc été utilisée afin d'établir la limite séparant les
zones A-B et C-D. Pour le mode opératoire d'analyse, voir l'Annexe C.
NOTE 1 Le trait plein de séparation entre les zones majeures A-B et C-D représente 92,5 % de répartition cumulative
de probabilité dans la base de données sous-jacente. Cela signifie que 92,5 % de toutes les machines analysées avaient
des vibrations situées en dessous du trait plein.
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Légende
X Vitesse maximale de service, tr/min
Y Déplacement vibratoire maximal relatif de l'arbre, S , µm
max
Figure A.1 — Zones d'évaluation recommandées pour le déplacement vibratoire maximal
de l'arbre, S , des machines ou groupes hydrauliques, valables pour l'exploitation des turbines
max
dans la gamme de débit stabilisé admissible contractuelle (voir 4.1)
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Légende
X Vitesse maximale de service, tr/min
Y Déplacement vibratoire crête à crête relatif de l'arbre, S , µm
p-p
Figure A.2 — Zones d'évaluation recommandées pour le déplacement vibratoire crête à crête
dans la direction de mesurage, S , des machines ou groupes hydrauliques, valables pour
p-p
l'exploitation des turbines dans la gamme de débit stabilisé admissible contractuelle (voir 4.1)
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ISO 7919-5:2005(F)
Au sein de ces deux grandes zones A-B et C-D, on a conservé les anciennes limites A/B et C/D pour indiquer
différents degrés de sévérité s'appuyant sur des données statistiques.
Zone A: Il est probable que les machines dont les vibrations appartiennent à cette zone en dessous de cette
limite A/B (assorties de faibles excentricités de l'arbre) présentent généralement de très faibles balourds
hydraulique et électromagnétique, une grande qualité d’alignement mécanique, des portées d’arbre correctes
et de bonnes conditions de fonctionnement.
NOTE 2 Le trait en pointillé entre les zones A et B représente 50 % de la distribution cumulative probable de la base
de données.
Zone D: Il est probable que les machines dont les vibrations appartiennent à cette zone en dessus de cette
limite C/D seraient généralement arrêtées pour étude et réparation, puisque que leurs vibrations sont
considérées d'une sévérité suffisante et peuvent endommager la machine.
NOTE 3 Le trait en pointillé entre les zones C et D représente 98 % de la distribution cumulative probable de la base
de données.
Les valeurs numériques attribuées aux limites de zone ne sont pas destinées à servir de spécifications de
réception qui doivent faire l'objet d'un accord entre le fabricant de la machine et le client. Toutefois, ces
valeurs fournissent des lignes directrices pour éviter des insuffisances graves ou des prescriptions irréalistes.
Dans certains cas il peut y avoir des aspects spécifiques associés à une machine particulière, qui
nécessiteraient de prendre des valeurs différentes (supérieures ou inférieures) pour les limites de zone. En
pareil cas, il incombe normalement au fabricant de la machine d'en expliquer les raisons et, en particulier, de
confirmer que l'exploitation à des niveaux de vibration plus élevés ne menace pas la machine.
NOTE 4 Les amplitudes des vibrations pour les unités remises en service avec une puissance accrue, généralement
dites «perfectionnées», peuvent être classées en zone A ou B. Le choix de la zone A ou de la zone B dépend toutefois du
rapport entre les nouvelles forces d'excitation et la capacité des éléments nouveaux et réutilisés à supporter une
exposition dynamique à long terme.
A.2.2 Limites de fonctionnement
En vue d'une exploitation à long terme, il est de pratique courante de fixer des limites de vibrations en
fonctionnement. Ces limites prennent la forme d'ALARMES et d'ARRÊTS LENTS:
ALARMES: Afin d'avertir qu'un niveau défini de vibration a été atteint ou qu'une variation significative s'est
produite, pouvant nécessiter des opérations de maintenance. D'une manière générale, en cas d'ALARME,
l'exploitation peut se poursuivre pendant la période des investigations destinées à déterminer la raison de la
variation de vibration et à définir les opérations de maintenance.
A
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.