ISO 10816-7:2009
(Main)Mechanical vibration — Evaluation of machine vibration by measurements on non-rotating parts — Part 7: Rotodynamic pumps for industrial applications, including measurements on rotating shafts
Mechanical vibration — Evaluation of machine vibration by measurements on non-rotating parts — Part 7: Rotodynamic pumps for industrial applications, including measurements on rotating shafts
ISO 10816-7:2009 gives instructions for the evaluation of vibration on rotodynamic pumps for industrial applications with nominal power above 1 kW. It defines the special requirements for evaluation of vibration when the vibration measurements are made on non-rotating parts (bearing housing vibration).
Vibrations mécaniques — Évaluation des vibrations des machines par mesurages sur les parties non tournantes — Partie 7: Pompes rotodynamiques pour applications industrielles, y compris mesurages sur les arbres tournants
L'ISO 10816-7:2009 donne des instructions pour l'évaluation des vibrations des pompes rotodynamiques pour applications industrielles d'une puissance nominale supérieure à 1 kW. Elle définit les exigences particulières applicables à l'évaluation des vibrations lorsque les mesurages des vibrations sont effectués sur les parties non tournantes (vibrations du corps de palier).
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 10816-7
First edition
2009-02-01
Mechanical vibration — Evaluation of
machine vibration by measurements on
non-rotating parts —
Part 7:
Rotodynamic pumps for industrial
applications, including measurements on
rotating shafts
Vibrations mécaniques — Évaluation des vibrations des machines par
mesurages sur les parties non tournantes —
Partie 7: Pompes rotodynamiques pour applications industrielles, y
compris mesurages sur les arbres tournants
Reference number
ISO 10816-7:2009(E)
©
ISO 2009
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ISO 10816-7:2009(E)
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Published in Switzerland
ii © ISO 2009 – All rights reserved
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ISO 10816-7:2009(E)
Contents Page
Foreword .iv
Introduction.v
1 Scope.1
2 Normative references.2
3 Vibration measurement.2
4 Vibration evaluation .7
5 Evaluation zones and conditions for operation in situ and acceptance tests.8
6 Operational limits .9
Annex A (normative) Evaluation zone limits for vibration of non-rotating parts .11
Annex B (informative) Evaluation criteria for relative shaft vibration of rotodynamic pumps with
sleeve bearings.13
Annex C (informative) Example of setting ALARM and TRIP values.15
Annex D (informative) Consideration of support flexibility and installation orientation.16
Bibliography.17
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ISO 10816-7:2009(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 10816-7 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, in collaboration with ISO/TC 115 Pumps.
ISO 10816 consists of the following parts, under the general title Mechanical vibration — Evaluation of
machine vibration by measurements on non-rotating parts:
⎯ 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: Industrial machines with nominal power above 15 kW and nominal speeds between 120 r/min and
15 000 r/min when measured in situ
⎯ Part 4: Gas turbine sets with fluid-film bearings
⎯ Part 5: Machine sets in hydraulic power generating and pumping plants
⎯ Part 6: Reciprocating machines with power ratings above 100 kW
⎯ Part 7: Rotodynamic pumps for industrial applications, including measurements on rotating shafts
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ISO 10816-7:2009(E)
Introduction
Vibration measurements on rotodynamic pumps can be useful for many purposes, e.g. for the operational
monitoring, acceptance test and for diagnostic or analytic investigation (condition monitoring).
General descriptions of the principles to be applied for the measurement and assessment of vibration on
coupled industrial machines are given for vibration on non-rotating parts in ISO 10816-1 and for shaft vibration
in ISO 7919-1.
This part of ISO 10816 is based on vibration data gathered from a survey of about 1 500 pumps operating
both in situ and at various test facilities. This survey included pumps of different types, speed and power,
operating over a wide range of flows. Due to the large number of vibration measurements, these data are
considered to be representative of pumps that are operating satisfactorily, though there is a lack of information
about the mean time between failure and operating conditions for the measured values.
Statistical evaluation of these data has been made for the preferred operating region, i.e. 70 % to 120 % of the
best efficiency point (BEP), as well as evaluations of the flow and power dependency.
This vibration survey showed no significant differences between rigid and flexible supports, or between
horizontal and vertical orientations of the pumps when measured at the positions defined in this part of
ISO 10816. This is in contrast to other standards dealing with vibration measurements (e.g. ISO 10816-1,
[10]
ISO 10816-3 and ISO 13709 ) which do make these distinctions.
The statistical analysis showed a slight dependency of the vibration values with the power consumption of a
pump. Consequently, this part of ISO 10816 distinguishes between pumps up to and above 200 kW.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 10816-7:2009(E)
Mechanical vibration — Evaluation of machine vibration by
measurements on non-rotating parts —
Part 7:
Rotodynamic pumps for industrial applications, including
measurements on rotating shafts
1 Scope
This part of ISO 10816 gives instructions for the evaluation of vibration on rotodynamic pumps for industrial
applications with nominal power above 1 kW. It defines the special requirements for evaluation of vibration
when the vibration measurements are made on non-rotating parts (bearing housing vibration). It provides
specific guidance for assessing the severity of vibration measured on bearing housings of rotodynamic pumps
in situ and for the acceptance test at the manufacturer’s test facility or in the plant. This part of ISO 10816 also
gives general information and guidelines for assessing relative shaft vibration of the rotating shaft.
This part of ISO 10816 specifies zones and limits for the vibration of horizontal and vertical pumps irrespective
of their support flexibility. The general evaluation criteria are valid for operational monitoring of rotodynamic
1)
pumps and for acceptance tests in situ or at the manufacturer’s test facility if specified. For the acceptance
test at the manufacturer’s test facility, special conditions are given.
For monitoring the vibration values during long-term operation, two criteria are provided for assessing the
machine vibration. One criterion considers the magnitude of the observed vibration and the second considers
changes in magnitude. The evaluation criteria are applicable for the vibration produced by the pump itself and
not for vibration which is transmitted to the pump from external sources. The criteria mainly serve to ensure a
reliable, safe long-term operation of the pump, simultaneously minimizing harmful effects on connected
devices. Additionally, recommendations are given for defining operational limits and setting alarm and trip
values.
For pump units with integrated electrical motors (impeller directly on the motor shaft or impeller shaft rigidly
connected to the motor shaft), this part of ISO 10816 applies to the whole coupled unit.
For flexibly coupled motors, this part of ISO 10816 is applicable for the pump only. Also, separately mounted
drivers are not within the scope of this part of ISO 10816. Those drivers are dealt with in ISO 10816-3.
The following types of pumps are excluded from this part of ISO 10816:
⎯ reciprocating and rotating positive displacement pumps;
⎯ reciprocating engine driven pumps;
1) Wherever acceptance tests are mentioned in this part of ISO 10816 it should be taken into account that all the details
about place, size and form of those test procedures are optional and need to be specified and agreed between both
parties of a contract.
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ISO 10816-7:2009(E)
[4]
⎯ pumps in hydraulic power generating and pumping plants with power above 1 MW (see ISO 7919-5
and ISO 10816-5);
⎯ solids handling, slurry and submersible pumps.
Torsional vibration is not dealt with in this part of ISO 10816.
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 2954, Mechanical vibration of rotating and reciprocating machinery — Requirements for instruments for
measuring vibration severity
ISO 7919-1, Mechanical vibration of non-reciprocating machines — Measurements on rotating shafts and
evaluation criteria — Part 1: General guidelines
ISO 10816-1:1995, Mechanical vibration — Evaluation of machine vibration by measurements on non-rotating
parts — Part 1: General guidelines
3 Vibration measurement
3.1 Measurement quantity and procedure
2)
The measurement quantity to be used for measuring the vibration of non-rotating parts of rotodynamic
pumps is the root-mean-square (r.m.s.) vibration velocity in mm/s. For speeds below 600 r/min, it is
additionally required to measure the peak-to-peak displacement in µm. The measurement procedure to be
followed is specified in ISO 10816-1.
3.2 Measuring instrumentation and frequency range
3.2.1 General
The measuring instrumentation shall conform to the requirements set out in ISO 10816-1. The instrumentation
shall be capable of measuring the r.m.s. vibration velocity in a broad frequency range reaching from at least
10 Hz to 1 000 Hz and shall be in accordance with the requirements of ISO 2954.
For pumps with operating speeds below 600 r/min, the lower frequency limit of the measuring instrumentation
shall normally be 2 Hz so that the frequency of the vibration component at operating speed is well within the
measured frequency range. In addition, the measuring instrumentation shall measure both r.m.s. vibration
velocity (in millimetres per second) and peak-to-peak displacement (in micrometres).
Owing to the fact that the broad-band peak-to-peak displacement in the low-frequency range can be strongly
influenced by stochastic, impulsive excitations due to the fluid flow, sometimes higher than normal values
might occur and should then be analysed and explained e.g. by frequency filtering. In accordance with this it is
recommended to measure the peak-to-peak displacement for the filtered values at 0,5 times, 1 times and
2 times the operating speed with a bandwidth of 1 Hz or less to evaluate the quality of a pump.
[8]
For very high-speed pumps or for diagnostic purposes (see e.g. ISO 13373-1 which specifies a more
detailed analysis), it may be required to use measuring instrumentation which covers a wider frequency range,
usually up to 2,5 times the blade-passing frequency so that the blade-passing frequency components are
adequately accounted for.
2) For measurements on rotating shafts, see Annex B.
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ISO 10816-7:2009(E)
3.2.2 Precautions
Care shall be taken to ensure that the measuring instrumentation is not influenced by factors such as:
⎯ temperature variations,
⎯ magnetic fields,
⎯ sound fields,
⎯ power source variations,
⎯ earth loops,
⎯ transducer cable length,
⎯ transducer orientation.
Particular attention should be given to ensure that the vibration transducers are correctly mounted and that
such mountings do not degrade the accuracy of the measurements. If vibration transducers with a magnetic
base are used, the support surface at the measurement object should be prepared to avoid measurement
errors. Appropriate mounting methods are shown in Figure 1.
[2]
NOTE ISO 5348 contains information on the mechanical mounting of accelerometers which is, in general, also
applicable to velocity transducers.
Figure 1 — Mounting methods for vibration transducers
3.2.3 Continuous and periodic monitoring
It is common practice on large or critical pumps to have permanently installed instrumentation for continuous
on-line monitoring of vibration at key measurement locations. For many pumps, mainly those of small size or
power, continuous monitoring of vibration is not necessarily carried out. Changes in unbalance, bearing
performance, alignment, etc. can be detected with sufficient reliability from periodic vibration measurements
with portable instrumentation.
When performing only periodic measurements on pumps, suddenly occurring defects will not be detected.
This shall be especially taken into account when a pump is relevant to safety. In that case continuous on-line
monitoring is recommended. The use of computers for trend analysis and warning against malfunctions is also
becoming more common. Detailed information about procedures and instrumentation for vibration condition
[8]
monitoring is given in ISO 13373-1 .
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ISO 10816-7:2009(E)
3.3 Measurement locations and directions
3.3.1 General measurements
The vibration of non-rotating parts of rotodynamic pumps shall be measured at the bearing housing of the
pump. Vibration measurements are normally made on exposed parts of the pump that are accessible (see
Figure 2 and Figure 3).
It should be confirmed that the measurements represent the bearing housing vibration correctly and are not
degraded by any local resonance or amplification. The measurement locations and transducer orientations
shall be such that the dynamic forces of the pump are represented with sufficient sensitivity. These locations
are normally close to the centreline of the bearings. To ensure this, measurements shall normally be made at
each bearing housing in two orthogonal radial directions and possibly one axial direction (see 3.3.2) as shown
in Figure 2 and Figure 3.
For pumps with horizontal shafts, usually the horizontal and vertical directions are preferred and, if possible,
also the axial direction. For pumps with vertical or inclined shaft arrangements, the measurement locations
shall be chosen in such a way as to ensure the maximum reading. In most of the cases it will lie towards the
direction of the largest flexibility and 90° away from it.
The measurement locations and directions used shall be listed in the measurement report.
NOTE H, V (horizontal, vertical) are the two orthogonal radial measurement directions; A is the axial measurement
direction.
Figure 2 — Measurement locations on horizontal pumps
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ISO 10816-7:2009(E)
Key
1 driver mounting surface/lower motor bearing
2 pump bearing housing. Preferably this location has to be chosen if within reach, otherwise the lower motor bearing
housing can be used.
NOTE X, Y are the two orthogonal radial measurement directions; A is the axial measurement direction.
Figure 3 — Measurement locations on vertical pumps
3.3.2 Special axial measurements
It is not common practice to measure axial vibration on main radial load-carrying bearings during continuous
operational monitoring. Such axial measurements are primarily used during periodic vibration surveys or for
diagnostic purposes. However, certain faults are more easily detected in the axial direction. Axial vibration
criteria are at present only given for thrust bearings where axial vibration correlates with axial pulsation which
could cause damage to the axial load-carrying surfaces. The criteria given in Table A.1 and Table A.2 apply to
radial vibration on all bearings and to axial vibration on thrust bearings.
3.4 Installation and operating conditions
For the installation of pumps, it is important that the system designer, pump manufacturer and user take
special care to avoid resonance in the connected piping systems and foundations with the main excitation
frequencies (e.g. rotational frequency, twice rotational frequency or blade-passing frequency) since such a
resonance can cause excessive vibration.
Measurements shall be carried out when the rotor and the main bearings have reached their normal steady-
state operating temperatures. The pump shall be operated under the specified operating conditions, i.e. at the
nominal values for rate of flow, delivery head, and speed, which should lie within the preferred operating range
(see Figure 4). This part of ISO 10816 also gives guidelines for operating within the whole allowable operating
range.
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ISO 10816-7:2009(E)
Special attention has to be drawn to those pumps which operate under different operating conditions. If
variable conditions might occur, these have to be noted. On pumps with varying speeds or loads,
measurements shall be made under all conditions under which the pump would be expected to operate for
prolonged periods. The maximum measured value under these conditions shall be considered representative
of the vibration severity. When comparing measurements it is important that the operating conditions are the
same within the testing tolerances.
The allowable operating range and the preferred operating range (in general 70 % to 120 % of the BEP) for
the rotodynamic pump shall be indicated by the pump manufacturer in accordance with pump user’s
specifications. Outside the allowable operating range higher vibration values may occur. They are the result of
higher dynamic forces during partial-load and overload operation of the rotodynamic pump. These values may
be tolerated for short-term operation; for continuous operation, however, damage or premature wear could
occur.
Key
X flow
Y1 vibration
Y2 head
1 allowable operating region (AOR)
2 preferred operating region (POR)
3 vibration limit, AOR
4 vibration limit, POR
5 flow rate of best efficiency point (BEP)
6 typical vibration characteristic
7 head-flow rate curve
8 best efficiency point for head and flow rate
Figure 4 — Operating ranges of rotodynamic pumps
If the measured vibration is greater than the acceptance criteria allowed and excessive background vibration
is suspected, measurements should be made with the pump shut down to determine the degree of external
influence. If the vibration with the pump not running exceeds 25 % of the value measured when the pump is
running, corrective action may be necessary to reduce the effect of background vibration.
6 © ISO 2009 – All rights reserved
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ISO 10816-7:2009(E)
4 Vibration evaluation
4.1 General
ISO 10816-1 provides a general description of the two evaluation criteria used to assess the vibration severity
of various types of machines. One criterion considers the magnitude of observed broad-band vibration; the
other considers changes in magnitude, irrespective of whether they are increasing or decreasing.
These vibration criteria are presented for steady-state conditions at the rated speeds and loads. They do not
apply for other conditions or during transient operation (e.g. during start up and shutdown or when passing
through resonant speed ranges), when higher values of vibration may be expected. It is, however, necessary
to limit the vibration in these transient conditions to avoid potentially damaging contact (i.e. rubbing) between
the rotating and stationary parts. Therefore, the maximum bearing vibration (and also the maximum shaft
vibration, see Annex B) during transient operations should be below the upper limit of zone C (see Clause 5).
4.2 Evaluation of bearing housing vibration
4.2.1 Criterion I: Vibration magnitude
This criterion is concerned with defining limits for vibration magnitude consistent with acceptable dynamic
loads on the bearings and acceptable vibration transmission into the environment. The maximum vibration
magnitude observed at each bearing is assessed against the evaluation zones (see 5.2). The permissible
limits for each zone have been established from international experience and are given in Table A.1 and
Table A.2.
4.2.2 Criterion II: Change in vibration magnitude
This criterion provides an assessment of a change in vibration magnitude from a previously established
reference value. A significant change in broad-band vibration magnitude can occur which requires some
action even though the limits of zone C as given in Table A.1 and Table A.2 have not been reached. Such
changes can be instantaneous or progressive with time and may indicate incipient damage or some other
irregularity. Criterion II is specified on the basis of a change in broad-band vibration magnitude occurring
under steady-state operating conditions. Steady-state operating conditions should be interpreted to include
changes within the range of testing tolerances of machine power or operating conditions.
When Criterion II is applied, the vibration measurements being compared shall be taken at the same
transducer location and orientation, and under approximately the same pump operating conditions. Obvious
changes in the normal vibration magnitudes, regardless of their total amount, should be investigated so that a
dangerous situation can be avoided. When an increase or decrease in vibration magnitude exceeds 25 % of
the upper value of zone B, as given in Table A.1 and Table A.2, such changes should be considered
significant, particularly if they are sudden. Diagnostic investigations, e.g. using Fast Fourier Transform (FFT)
spectrum, should then be initiated to ascertain the reason for the change (unbalance, cavitation, damage to
the bearings, etc.) and to determine what further actions are appropriate.
4.3 Evaluation based on vibration vector information
The evaluation considered in this part of ISO 10816 is limited to broad-band vibration without reference to
frequency components or phase. This will, in most cases, be adequate for acceptance testing and for
operational monitoring purposes. However, for long-term condition monitoring purposes and for diagnostics,
the use of vibration vector information is particularly useful for detecting and defining changes in the dynamic
state of a pump. In some cases, these changes would go undetected when using only broad-band vibration
measurements (for more details, see ISO 10816-1:1995, Annex D).
Phase- and frequency-related vibration information are being used increasingly for monitoring and diagnostic
purposes. The specification of criteria for this, however, is beyond the present scope of this part of ISO 10816.
© ISO 2009 – All rights reserved 7
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ISO 10816-7:2009(E)
5 Evaluation zones and conditions for operation in situ and acceptance tests
5.1 General
The evaluation zones given in 5.2 are defined to permit a qualitative assessment of the vibration of a given
machine and to provide guidelines on possible actions.
Numerical values, as given in Annex A and Annex B, provide guidelines for ensuring that gross deficiencies or
unrealistic requirements are avoided. In certain cases, however, there may be specific features associated
with a particular machine which would require different zone limit values (higher or lower) to be used. In such
cases it is normally necessary to explain the reasons for this and, in particular, to confirm that the pump will
not be endangered by operating with higher vibration values.
This part of ISO 10816 divides pumps into two categories as follows:
a) Category I: Pumps required to have a high level of reliability, availability or safety reasons (e.g. pumps
for toxic and/or hazardous liquids; for critical application, oil and gas, special chemical, nuclear or power
plant application);
b) Category II: Pumps for general or less critical application (e.g. pumps for non hazardous liquids).
[10]
NOTE Vertical suspended pumps (pump designations VS 1 to VS 7 according to ISO 13709 ) with speeds above
600 r/min are usually within Category II.
For each of these categories, different vibration limits apply. Therefore the classification of a pump has to be
agreed upon between the manufacturer and the user.
5.2 Evaluation zones
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.
5.3 Evaluation zone limits
The values for the zone limits which are given in Annex A are the maximum broad-band values of velocity and,
for acceptance tests, also the filtered (1 times the running speed and blade-passing frequency, f ⋅ z ) velocity
n i
(see Table A.1). For low-speed pumps, additionally the filtered (0,5 times, 1 times and 2 times the running
speed) displacement values are listed (see Table A.2). When measurements are taken from two orthogonally
oriented radial transducers (see 3.3) the higher of each of the values measured in each measurement plane
should be used.
When both vibration velocity and displacement criteria are relevant, and the maximum measured values of
velocity and displacement are compared to the corresponding values in Table A.1 and Table A.2, the
evaluation zone which is the most restrictive shall apply.
The criteria in Table A.1 and Table A.2 apply to radial vibration on all bearings and to axial vibration on thrust
bearings (for axial vibration, see also 3.3.2).
8 © ISO 2009 – All rights reserved
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ISO 10816-7:2009(E)
5.4 Conditions for operation in situ
The normal conditions for operation in situ are steady-state operation of the fully installed pum
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 10816-7
Première édition
2009-02-01
Vibrations mécaniques — Évaluation des
vibrations des machines par mesurages
sur les parties non tournantes —
Partie 7:
Pompes rotodynamiques pour
applications industrielles, y compris
mesurages sur les arbres tournants
Mechanical vibration — Evaluation of machine vibration by
measurements on non-rotating parts —
Part 7: Rotodynamic pumps for industrial applications, including
measurements on rotating shafts
Numéro de référence
ISO 10816-7:2009(F)
©
ISO 2009
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ISO 10816-7:2009(F)
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Version française parue en 2011
Publié en Suisse
ii © ISO 2009 – Tous droits réservés
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ISO 10816-7:2009(F)
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction.v
1 Domaine d'application .1
2 Références normatives.2
3 Mesurage des vibrations .2
4 Évaluation des vibrations.7
5 Zones et conditions d'évaluation pour un fonctionnement in situ et essais de réception .8
6 Limites de fonctionnement.10
Annexe A (normative) Limites des zones d'évaluation pour les vibrations des parties non
tournantes .11
Annexe B (informative) Critères d'évaluation des vibrations relatives de l'arbre des pompes
rotodynamiques à paliers à douille .14
Annexe C (informative) Exemple de réglage des valeurs d'ALARME et de DÉCLENCHEMENT .16
Annexe D (informative) Considérations relatives à la flexibilité des supports et à l'orientation de
l'installation.17
Bibliographie.18
© ISO 2009 – Tous droits réservés iii
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ISO 10816-7:2009(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 10816-7 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, en collaboration avec l'ISO/TC 115, Pompes.
L'ISO 10816 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Vibrations mécanique —
Évaluation des vibrations des machines par mesurages sur les parties non tournantes:
⎯ Partie 1: Lignes directrices 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 de puissance nominale supérieure à 15 kW et de vitesse nominale de
fonctionnement entre 120 r/min et 15 000 r/min, lorsqu'elles sont mesurées in situ
⎯ Partie 4: Turbines à gaz à paliers à film fluide
⎯ Partie 5: Groupes générateurs de puissance et installations de pompage hydrauliques
⎯ Partie 6: Machines alternatives de puissance nominale supérieure à 100 kW
⎯ Partie 7: Pompes rotodynamiques pour applications industrielles, y compris mesurages sur les arbres
tournants
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ISO 10816-7:2009(F)
Introduction
Les mesurages des vibrations des pompes rotodynamiques peuvent être utilisés à de nombreuses fins, par
exemple la surveillance en exploitation, l'essai de réception et les recherches analytiques et de diagnostic
(surveillance de l'état).
La description générale des principes devant être appliqués pour le mesurage et l'évaluation des vibrations de
machines industrielles couplées est donnée dans l'ISO 10816-1 pour les vibrations des parties non tournantes
et dans l'ISO 7919-1 pour les vibrations des arbres.
La présente partie de l'ISO 10816 est fondée sur les données relatives aux vibrations recueillies lors d'une
étude portant sur environ 1 500 pompes utilisées aussi bien in situ que dans différentes installations d'essai.
Cette étude concernait des pompes de différents types, vitesses et puissances utilisées sur une vaste gamme
de débits. En raison du grand nombre de mesurages des vibrations, ces données sont considérées comme
étant représentatives de pompes fonctionnant de manière satisfaisante, bien que l'on manque d'informations
sur le temps moyen entre défaillances et sur les conditions de fonctionnement relatives aux valeurs mesurées.
Une évaluation statistique de ces données a été réalisée pour le domaine de fonctionnement préférentiel, à
savoir 70 % à 120 % du point de rendement maximal (PRM), ainsi que des évaluations de la dépendance du
débit et de la puissance.
Cette étude des vibrations n'a révélé aucune différence significative entre les supports rigides et flexibles, ou
entre les orientations horizontales et verticales des pompes, lorsque les mesures sont réalisées aux points
définis dans la présente partie de l'ISO 10816, contrairement à d'autres normes traitant du mesurage des
[10]
vibrations (par exemple l'ISO 10816-1, l'ISO 10816-3 et l'ISO 13709 ) qui font ces distinctions.
L'analyse statistique a montré une légère dépendance des valeurs de vibration à la puissance absorbée par
une pompe. En conséquence, la présente partie de l'ISO 10816 fait une distinction entre les pompes de
puissance inférieure ou égale à 200 kW et les pompes de puissance supérieure à 200 kW.
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NORME INTERNATIONALE ISO 10816-7:2009(F)
Vibrations mécaniques — Évaluation des vibrations des
machines par mesurages sur les parties non tournantes —
Partie 7:
Pompes rotodynamiques pour applications industrielles, y
compris mesurages sur les arbres tournants
1 Domaine d'application
La présente partie de l'ISO 10816 donne des instructions pour l'évaluation des vibrations des pompes
rotodynamiques pour applications industrielles d'une puissance nominale supérieure à 1 kW. Elle définit les
exigences particulières applicables à l'évaluation des vibrations lorsque les mesurages des vibrations sont
effectués sur les parties non tournantes (vibrations du corps de palier). Elle donne des recommandations
spécifiques pour l'évaluation de l'intensité des vibrations mesurées in situ sur les corps de palier des pompes
rotodynamiques et pour l'essai de réception en usine ou dans les installations d'essai du fabricant. La
présente partie de l'ISO 10816 fournit également des informations générales et des lignes directrices pour
l'évaluation des vibrations relatives à l'arbre tournant.
La présente partie de l'ISO 10816 spécifie les zones et les limites relatives aux vibrations des pompes
horizontales et verticales, quelle que soit la flexibilité de leurs supports. Les critères généraux d'évaluation
sont valables pour la surveillance en exploitation des pompes rotodynamiques et pour les essais de
1)
réception in situ ou dans les installations d'essai du fabricant si cela est spécifié. Des conditions spéciales
sont indiquées pour l'essai de réception dans les installations d'essai du fabricant.
Pour surveiller les valeurs de vibrations pendant un service de longue durée, deux critères sont fournis pour
évaluer les vibrations de la machine. Un critère concerne l'amplitude des vibrations observées et l'autre les
variations d'amplitude. Les critères d'évaluation sont applicables aux vibrations produites par la pompe elle-
même et non aux vibrations qui lui sont transmises par des sources extérieures. Les critères servent
essentiellement à garantir un fonctionnement fiable et sûr à long terme de la pompe, tout en réduisant au
minimum les effets néfastes sur les dispositifs raccordés. De plus, des recommandations sont données pour
définir les limites de fonctionnement et fixer les valeurs d'alarme et de déclenchement.
En ce qui concerne les groupes de pompage à moteurs électriques intégrés (roue montée directement sur
l'arbre moteur ou arbre de la roue assemblé de façon rigide à l'arbre moteur), la présente partie de
l'ISO 10816 s'applique à l'ensemble de l'unité couplée.
Pour les moteurs à accouplement flexible, la présente partie de l'ISO 10816 est applicable uniquement à la
pompe. De plus, les moteurs d'entraînement montés séparément ne relèvent pas du domaine d'application de
la présente partie de l'ISO 10816. Ils sont traités dans l'ISO 10816-3.
Les types de pompes suivants sont exclus de la présente partie de l'ISO 10816:
⎯ pompes volumétriques alternatives et tournantes;
⎯ pompes entraînées par un moteur alternatif;
1) Lorsque des essais de réception sont mentionnés dans la présente partie de l'ISO 10816, il convient de tenir compte
du fait que tous les détails concernant le lieu, les dimensions et la forme de ces méthodes d'essai sont facultatifs et
doivent être spécifiés et convenus par les deux parties au contrat.
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⎯ pompes équipant les groupes générateurs de puissance et installations de pompage hydrauliques de
[4]
puissance supérieure à 1 MW (voir l'ISO 7919-5 et l'ISO 10816-5);
⎯ pompes à solides, pompes à boue et pompes immergées.
Les vibrations en torsion ne sont pas traitées dans la présente partie de l'ISO 10816.
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 2954, Vibrations mécaniques des machines tournantes ou alternatives — Spécifications des appareils de
mesurage de l'intensité vibratoire
ISO 7919-1, Vibrations mécaniques des machines non alternatives — Mesurages sur les arbres tournants et
critères d'évaluation — Partie 1: Directives générales
ISO 10816-1:1995, Vibrations mécaniques — Évaluation des vibrations des machines par mesurages sur les
parties non tournantes — Partie 1: Lignes directrices générales
3 Mesurage des vibrations
3.1 Grandeur mesurée et mode opératoire de mesurage
2)
La grandeur de mesurage devant être utilisée pour le mesurage des vibrations des parties non tournantes
des pompes rotodynamiques est la vitesse de vibration efficace (eff) en millimètres par seconde. Pour des
vitesses inférieures à 600 r/min, il est également nécessaire de mesurer le déplacement crête à crête en
micromètres. Le mode opératoire de mesurage devant être utilisé est spécifié dans l'ISO 10816-1.
3.2 Instruments de mesure et gamme de fréquences
3.2.1 Généralités
Les appareils de mesurage doivent être conformes aux exigences spécifiées dans l'ISO 10816-1. Les
appareils doivent être capables de mesurer la vitesse de vibration efficace dans une vaste gamme de
fréquences allant d'au moins 10 Hz à 1 000 Hz et doivent satisfaire aux exigences de l'ISO 2954.
Pour les pompes ayant des vitesses de fonctionnement inférieures à 600 r/min, la fréquence limite inférieure
des appareils de mesurage doit normalement être de 2 Hz afin que la fréquence de la composante de
vibration à la vitesse de fonctionnement se situe dans les limites de la gamme des fréquences mesurées. De
plus, les appareils de mesurage doivent mesurer la vitesse de vibration efficace (en millimètres par seconde)
et le déplacement crête à crête (en micromètres).
Étant donné que le déplacement crête à crête à large bande dans la gamme des basses fréquences peut être
fortement influencé par des excitations stochastiques impulsives dues à l'écoulement du fluide, des valeurs
supérieures à la normale peuvent parfois être observées. Il convient alors de les analyser et de les expliquer,
par exemple par un filtrage des fréquences. En conséquence, il est recommandé de mesurer le déplacement
crête à crête pour les valeurs filtrées à 0,5 fois, 1 fois et 2 fois la vitesse de fonctionnement avec une largeur
de bande inférieure ou égale à 1 Hz pour évaluer la qualité d'une pompe.
2) Pour les mesurages sur les arbres tournants, voir l'Annexe B.
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[8]
Pour les pompes à très grande vitesse ou à des fins de diagnostic (voir, par exemple, l'ISO 13373-1 qui
spécifie une analyse plus détaillée), il peut être nécessaire d'utiliser des appareils de mesurage couvrant une
gamme de fréquences plus étendue, allant généralement jusqu'à 2,5 fois la fréquence de rotation des aubes
afin que les composantes de fréquence de rotation des aubes soient prises en compte de manière adéquate.
3.2.2 Précautions
Des précautions doivent être prises pour s'assurer que les appareils de mesurage ne sont pas influencés par
des facteurs tels que:
⎯ les variations de température,
⎯ les champs magnétiques,
⎯ les champs acoustiques,
⎯ les variations des sources d'énergie,
⎯ les boucles de terre,
⎯ la longueur de câble des capteurs,
⎯ l'orientation des capteurs.
Il convient notamment de s'assurer que les capteurs de vibration sont fixés correctement et que ces fixations
n'altèrent pas la précision des mesurages. Si des capteurs de vibration à support magnétique sont utilisés, il
convient de préparer la surface d'appui au niveau de l'objet du mesurage afin d'éviter les erreurs de mesurage.
Des méthodes de fixation appropriées sont représentées à la Figure 1.
[2]
NOTE L'ISO 5348 contient des informations sur la fixation mécanique des accéléromètres qui, en général, sont
également applicables aux capteurs de vitesse.
Figure 1 — Méthodes de fixation des capteurs de vibrations
3.2.3 Surveillance continue et périodique
Sur les pompes critiques ou de grandes dimensions, il est d'usage d'installer à demeure une instrumentation
permettant une surveillance en ligne et en continu des vibrations en des points de mesure clés. Pour un grand
nombre de pompes, principalement celles de faibles dimensions ou de faible puissance, il est inutile de
réaliser une surveillance en continu des vibrations. Les variations du balourd, les performances des paliers,
l'alignement, etc. peuvent être détectés avec une fiabilité suffisante par des mesurages périodiques des
vibrations à l'aide d'appareils portatifs.
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Lorsque seuls des mesurages périodiques sont effectués sur les pompes, les défauts apparaissant
brutalement ne seront pas détectés. Cette considération doit être spécialement prise en compte lorsqu'une
pompe est liée à la sécurité. Dans ce cas, une surveillance en ligne et en continu est recommandée.
L'utilisation d'ordinateurs pour l'analyse des tendances et la notification des dysfonctionnements est
également de plus en plus courante. Des informations détaillées sur les modes opératoires et les appareils
[8]
employés pour la surveillance du régime de vibration sont fournies dans l'ISO 13373-1 .
3.3 Emplacements et directions de mesurage
3.3.1 Mesurages généraux
Les vibrations des parties non tournantes des pompes rotodynamiques doivent être mesurées au niveau du
corps de palier de la pompe. Les mesurages des vibrations sont normalement effectués sur les parties
exposées de la pompe qui sont accessibles (voir Figure 2 et Figure 3).
Il convient de confirmer que les mesurages sont représentatifs des vibrations du corps de palier et qu'ils ne
sont pas altérés par une résonance ou une amplification locale. Les emplacements de mesurage et les
orientations des capteurs doivent être tels que les forces dynamiques de la pompe soient représentées avec
une sensibilité suffisante. Ces emplacements se situent normalement au voisinage de l'axe des paliers. Pour
s'en assurer, les mesurages doivent normalement être effectués au niveau de chaque corps de palier dans
deux directions orthogonales et, éventuellement, dans une direction axiale (voir 3.3.2), comme représenté à la
Figure 2 et à la Figure 3.
Pour les pompes à arbres horizontaux, les directions horizontale et verticale sont généralement préférées en
ajoutant, si possible, la direction axiale. Pour les pompes dont les arbres ont une configuration verticale ou
inclinée, les emplacements de mesurage doivent être choisis de manière à garantir la lecture maximale. Dans
la plupart des cas, les mesurages seront effectués dans la direction de la plus grande flexibilité et
perpendiculairement à celle-ci.
Les emplacements et les directions de mesurage utilisés doivent être indiqués dans le compte rendu de
mesurage.
NOTE H, V (horizontal, vertical) sont les deux directions radiales orthogonales de mesurage; A est la direction axiale
de mesurage.
Figure 2 — Emplacements de mesurage sur les pompes horizontales
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Légende
1 surface de montage du moteur d'entraînement/palier inférieur du moteur
2 corps de palier de la pompe. Il est préférable de choisir cet emplacement s'il est accessible; sinon, le corps de palier
inférieur du moteur peut être utilisé
NOTE X, Y sont les deux directions radiales orthogonales de mesurage; A est la direction axiale de mesurage.
Figure 3 — Emplacements de mesurage sur les pompes verticales
3.3.2 Mesurages axiaux spéciaux
Pendant une surveillance en continu du fonctionnement, il n'est pas courant de mesurer les vibrations axiales
sur les paliers principaux supportant la charge radiale. De tels mesurages axiaux sont principalement utilisés
lors d'études périodiques des vibrations ou à des fins de diagnostic. Toutefois, certains défauts sont plus
aisément détectés dans la direction axiale. À l'heure actuelle, les critères relatifs aux vibrations axiales ne
sont donnés que pour les paliers de butée où les vibrations axiales sont en corrélation avec la pulsation axiale
susceptible d'endommager les surfaces supportant la charge axiale. Les critères indiqués dans le Tableau A.1
et le Tableau A.2 s'appliquent aux vibrations radiales sur tous les paliers et aux vibrations axiales sur les
paliers de butée.
3.4 Conditions d'installation et de fonctionnement
En ce qui concerne l'installation des pompes, il est important que le concepteur du système, le fabricant de la
pompe et l'utilisateur prennent des mesures particulières pour éviter toute résonance dans les tuyauteries
raccordées et les fondations avec les principales fréquences d'excitation (par exemple fréquence de rotation,
double de la fréquence de rotation ou fréquence de rotation des aubes), car une telle résonance peut
engendrer des vibrations excessives.
Les mesurages doivent être effectués lorsque le moteur et les paliers principaux ont atteint leur température
de fonctionnement normale en régime permanent. La pompe doit être utilisée dans les conditions de
fonctionnement spécifiées, c'est-à-dire aux valeurs nominales de débit, de hauteur de refoulement et de
vitesse, situées dans la plage de fonctionnement préférentielle (voir Figure 4). La présente partie de
l'ISO 10816 donne également des lignes directrices relatives au fonctionnement dans la totalité de la plage de
fonctionnement admissible.
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Les pompes utilisées dans d'autres conditions de fonctionnement doivent faire l'objet d'une attention
particulière. Si des conditions variables peuvent survenir, elles doivent être consignées. En ce qui concerne
les pompes ayant des vitesses ou des charges variables, les mesurages doivent être effectués dans toutes
les conditions dans lesquelles la pompe est susceptible de fonctionner pendant des périodes prolongées. La
valeur maximale mesurée dans ces conditions doit être considérée comme étant représentative de l'intensité
vibratoire. Lorsque des mesurages sont comparés, il est important que les conditions de fonctionnement
soient identiques dans les limites de tolérance des essais.
La plage de fonctionnement admissible et la plage de fonctionnement préférentielle (en général, de 70 % à
120 % du PRM) de la pompe rotodynamique doivent être indiquées par le fabricant de la pompe
conformément aux spécifications de l'utilisateur de la pompe. En dehors de la plage de fonctionnement
admissible, des valeurs de vibration plus élevées peuvent être observées. Elles sont dues à des forces
dynamiques plus élevées pendant le fonctionnement sous charge partielle et en surcharge de la pompe
rotodynamique. Ces valeurs peuvent être tolérées pour un service de courte durée; toutefois, pour un
fonctionnement en continu, des dommages ou une usure prématurée pourraient apparaître.
Légende
X débit
Y1 vibration
Y2 hauteur
1 domaine de fonctionnement admissible (AOR)
2 domaine de fonctionnement préférentiel (POR)
3 limite de vibration, AOR
4 limite de vibration, POR
5 débit du point de rendement maximal (PRM)
6 caractéristique type des vibrations
7 courbe hauteur-débit
8 point de rendement maximal pour la hauteur et le débit
Figure 4 — Plages de fonctionnement des pompes rotodynamiques
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Si les vibrations mesurées sont supérieures aux critères de réception autorisés et que des vibrations d'arrière-
plan excessives sont suspectées, il convient de réaliser des mesurages avec la pompe à l'arrêt afin de
déterminer le degré d'influence extérieure. Si, avec la pompe à l'arrêt, les vibrations dépassent 25 % de la
valeur mesurée lorsque la pompe fonctionne, une action corrective peut être nécessaire pour réduire l'effet
des vibrations d'arrière-plan.
4 Évaluation des vibrations
4.1 Généralités
L'ISO 10816-1 fournit une description générale des deux critères d'évaluation utilisés pour évaluer l'intensité
vibratoire de différents types de machines. Un critère considère l'amplitude de la vibration à large bande
observée; l'autre considère les variations d'amplitude, qu'elles soient positives ou négatives.
Ces critères de vibration sont présentés pour des conditions de régime permanent aux vitesses et charges
nominales. Ils ne s'appliquent pas aux autres conditions ni pendant un fonctionnement transitoire (par
exemple pendant le démarrage et l'arrêt ou lors du passage dans les plages de vitesse résonante) où l'on
peut s'attendre à des valeurs plus élevées de vibration. Il est néanmoins nécessaire de limiter les vibrations
dans ces conditions transitoires afin d'éviter tout contact potentiellement destructeur (par exemple frottement)
entre les parties tournantes et les parties fixes. Par conséquent, il convient que les vibrations maximales des
paliers (et aussi les vibrations maximales des arbres, voir Annexe B) pendant les fonctionnements transitoires
soient inférieures à la limite supérieure de la zone C (voir Article 5).
4.2 Évaluation des vibrations du corps de palier
4.2.1 Critère I: Amplitude des vibrations
Ce critère sert à définir les limites de l'amplitude des vibrations en fonction des charges dynamiques
acceptables sur les paliers et du niveau acceptable de transmission des vibrations dans l'environnement.
L'amplitude maximale des vibrations observée sur chaque palier est évaluée par rapport aux zones
d'évaluation (voir 5.2). Les limites admissibles pour chaque zone ont été établies en fonction de l'expérience
internationale et sont indiquées dans le Tableau A.1 et le Tableau A.2.
4.2.2 Critère II: Variation d'amplitude des vibrations
Ce critère fournit une évaluation de la variation d'amplitude des vibrations à partir d'une valeur de référence
préalablement établie. Il peut se produire une variation significative de l'amplitude des vibrations à large
bande nécessitant une action, même si les limites de la zone C, telles qu'indiquées dans le Tableau A.1 et le
Tableau A.2, n'ont pas été atteintes. Ces variations peuvent être instantanées ou progressives dans le temps
et peuvent indiquer l'amorce d'un dommage ou tout autre incident. Le critère II est spécifié en se fondant sur
la variation d'amplitude des vibrations à large bande intervenant en régime de fonctionnement permanent. Il
convient d'interpréter le régime de fonctionnement permanent comme incluant des variations comprises dans
les limites des tolérances d'essai en termes de puissance de la machine ou de conditions de fonctionnement.
Lorsque le critère II s'applique, les mesurages des vibrations à comparer doivent être effectués en installant
les capteurs à la même place et avec la même orientation, et approximativement dans les mêmes conditions
de fonctionnement de la pompe. Il convient d'étudier les variations manifestes d'amplitude des vibrations
normales, quelle que soit leur quantité totale, afin qu'une situation dangereuse puisse être évitée. Lorsqu'une
augmentation ou une diminution de l'amplitude des vibrations dépasse 25 % de la valeur supérieure de la
zone B, telle qu'indiquée dans le Tableau A.1 et le Tableau A.2, il convient de considérer cette variation
comme significative, en particulier si elle est brutale. Il convient ensuite de lancer des recherches aux fins de
diagnostic, par exemple en utilisant un spectre de transformation de Fourier rapide, pour confirmer l'origine de
la variation (balourd, cavitation, détérioration des paliers, etc.) et pour déterminer les mesures ultérieures
ap
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.