ISO 7919-1:1986
(Main)Mechanical vibration of non-reciprocating machines — Measurements on rotating shafts and evaluation — Part 1: General guidelines
Mechanical vibration of non-reciprocating machines — Measurements on rotating shafts and evaluation — Part 1: General guidelines
Vibrations mécaniques des machines non alternatives — Mesurages sur les arbres tournants et évaluation — Partie 1: Directives générales
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International Standard 791911
INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATIONOME~~YHAPO~HAfl OPrAHHJAUHR no CTAHRAPTM3AUMM*ORGANlSATlON INTERNATIONALE DE NORMALISATION
Mechanical vibration of non-reciprocating machines -
a
Measurements on rotating shafts and evaluation -
Part 1 : General guidelines
Vibrations mécaniques des machines non alternatives - Mesurages sur les arbres tournants et évaluation - Partie 1 : Directives
générales
First edition - 1986-03-15
UDC 534.1.0 4 Ref. No. IS0 7919/1-1986 (E)
Q
-
Descriptors : rotating machines, shafts (rotating), tests, vibration tests, measurement, estimation, vibration.
Price based on 16 pages
s
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Foreword
IS0 (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of
national standards bodies (IS0 member bodies). The work of preparing International
Standards is normally carried out through IS0 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, govern-
mental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
Draft International Standards adopted by the technical committees are circulated to
the member bodies for approval before their acceptance as International Standards by
the IS0 Council. They are approved in accordance with IS0 procedures requiring at
least 75 % approval by the member bodies voting.
International Standard IS0 7919/1 was prepared by Technical Committee
ISO/TC 108, Mechanical vibration and shock.
Users should note that all International Standards undergo revision from time to time
and that any reference made herein to any other International Standard implies its
I
latest edition, unless otherwise stated.
O International Organization for Standardization, 1986 O
Printed in Switzerland
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INTERNATIONAL STANDARD IS0 7919/1-1986 (E)
Mechanical vibration of non-reciprocating machines -
Measurements on rotating shafts and evaluation -
Part 1 : General guidelines
a
O Introduction Thus, whereas IS02372 provides for the measurement of
vibration on machine surfaces, such as the bearing caps of
bearing housing, this International Standard provides an
Machines are now being operated at increasingly high speeds
alternative method for measuring and evaluating those classes
and loads, and under increasingly severe operating conditions.
of machines the vibration characteristics of which may be more
This has become possible, to a large extent, by the more ef-
clearly indicated by vibration measurements on their rotating
ficient use of materials, although this has sometimes resulted in
shafts.
there being less margin for design and application errors.
Shaft vibration measurements are used for a number of pur-
At present, it is not uncommon for continuous operation to be
poses, ranging from routine operational monitoring and accept-
expected and required for 2 or 3 years between maintenance
ance tests to advanced experimental testing, as well as
operations. Consequently, more restrictive requirements are
diagnostic and analytical investigations. These various
being specified for operating vibration levels of rotating
measurement objectives lead to many differences in methods
machinery, in order to ensure continued safe and reliable
of interpretation and evaluation. To limit the number of these
differences, this International Standard is designed to provide
O Operation.
guidelines primarily for operational monitoring and acceptance
IS0 2372 establishes a basis for the evaluation of mechanical
tests.
vibration of machines by measuring the vibration response on
During the preparation of this International Standard, it was
stationary members only. There are many types of machines,
however, for which measurements on structural members, recognized that there was a need to establish quantitative
such as the bearing housings, may not adequately characterize criteria for the evaluation of machinery shaft vibration.
However, there is a significant lack of data on this subject at
the running condition of the machine, although such
measurements are useful. Such machines generally contain present and, consequently, this International Standard has
been structured to allow such data to be incorporated as it
flexible rotor shaft systems, and changes in the vibration con-
dition may be detected more decisively and more sensitively by becomes available.
measurements on the rotating elements. Machines having
NOTES
relatively stiff and/or heavy casings in comparison to rotor
mass are typical of those classes of machines for which shaft
1 The term "shaft vibration" is used throughout this International
Standard because, in most cases, measurements will be made on
vibration measurements are frequently to be preferred.
machine shafts; however, this International Standard is also applicable
to measurements made on other rotating elements if such elements are
For machines such as industrial steam turbines, gas turbines,
found to be more suitable, provided that the guidelines are respected.
and turbo-compressors, all of which may have several modes
2 For the purposes of this International Standard, operational
of vibration in the service speed range, their responses due to
monitoring is considered to be those vibration measurements made
unbalance, thermal bows, rubs, and unloading of bearings,
during the normal operation of a machine. This International Standard
may be more clearly observed by measurements on the shafts.
permits the use of several different measurement quantities and
methods, provided that they are well defined and their limitations are
This International Standard has, therefore, been prepared to
set out, so that the interpretation of the measurements will be well
complement the guidelines set out in IS0 2372. understood.
1
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IS0 7919/1-1986 (E)
Scope and field of application b) absolute displacement, which is the vibratory displace-
1
ment of the shaft with reference to an inertial reference
This part of IS0 7919 sets out general guidelines for measuring
system.
and evaluating machinery vibration by means of measurements
made directly on rotating shafts for the purpose of determining
NOTE - It should be clearly indicated whether displacement values are
shaft vibration with regard to
relative or absolute.
al changes in vibrational behaviour;
Absolute and relative displacement are further defined by
several different displacement quantities, each of which is now
b) excessive kinetic load;
in widespread use. These include
c) the monitoring of radial clearances.
S,, : vibratory displacement peak-to-peak in the direction
of measurement;
It is applicable to measurements of both absolute and relative
radial shaft vibrations, but excludes torsional and axial shaft
S,,, : maximum vibratory displacement in the plane of
vibrations. The procedures are applicable for both operational
measurement.
monitoring of machines and to acceptance testing on a test
stand and after installation.
Each of these displacement quantities may be used for
measurement of shaft vibration; however, the quantities shall
NOTE - Evaluation criteria for different classes of machinery will be in-
cluded in other parts of this International Standard when they become be clearly identified so as to ensure correct interpretation of the
available. In the meantime, guidelines are given, for information only,
measurements in terms of the criteria of clause 5. The relation-
in annex C.
ship between each of these quantities are shown in the figures
in annex A.
This International Standard does not apply to reciprocating
machinery.
NOTE - At present, the greater of the two values for peak-to-peak
displacement, as measured in two orthogonal directions, is used for
evaluation criteria. In future, as relevant experience is accumulated, the
2 References
quantity Sp.p,,,, defined in figure 2 in annex A, may be preferred.
IS0 2041, Vibration and shock - Vocabulary.
3.1.2 Frequency range
IS0 2372, Mechanical vibration of machines with operating
speeds from 10 to 200 revis - Basis for specifying evaluation
The measurement of relative and absolute shaft vibration shall
standards.
be broad band so that the frequency spectrum of the machine
is adequately covered.
IS0 3945, Mechanical vibration of large rotating machines with
speed range from 10 to 200 revls - Measurement and evalu-
ation of vibration severity in situ.
3.2 Types of measurement
IS0 5348, Mechanical vibration and shock - Mechanical
3.2.1 Relative vibration measurements
mounting of accelerometers. 7)
Relative vibration measurements are generally carried out with
a non-contacting transducer which senses the vibratory
3 Measurements
displacement between the shaft and a structural member (e.g.
the bearing housing) of the machine.
3.1 Measurement quantities
3.2.2 Absolute vibration measurements
3.1.1 Displacement
The preferred measurement quantity for the measurement of
Absolute vibration measurements are carried out by one of the
shaft vibration is displacement. The unit of measurement is the
following methods :
micrometer (1 pm = 10-6 mi.
a) by a shaft-riding probe, on which a seismic transducer
NOTE - Displacement is a vector quantity and, therefore, when com-
(velocity type or accelerometer) is mounted so that it
paring two displacements, it may be necessary to consider the phase
measures absolute shaft vibration directly; or
angle between them (see also annex C).
b) by a non-contacting transducer in combination with a
Since this International Standard applies to both relative and
seismic tranducer (velocity type or accelerometer), mounted
absolute shaft vibration measurements, displacement is further
close together so that the support structure of both trans-
defined as follows :
ducers undergoes the same absolute motion in the direction
of measurement. Their conditioned outputs are vectorially
a) relative displacement, which is the vibratory displace-
summed to provide a measurement of the absolute shaft
ment between the shaft and appropriate structure, such as
motion.
a bearing housing or machine casing; or
1) At present at the stage of draft.
2
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IS0 7919/1-1986 (E)
by vectorially summing the outputs from both transducers. The
3.3 Measurement procedures
mounting and other requirements for the non-contacting
transducer are as specified in 3.3.2. In addition, the seismic
3.3.1 General
tranducer shall be rigidly mounted to the machine structure
(e.g. the bearing housing) close to the non-contact transducer
It is desirable to locate transducers at positions such that the
lateral movement of the shaft at points of importance can be so that both transducers undergo the same absolute vibration
of the support structure in the direction of measurement. The
assessed. It is recommended that, for both relative and ab-
solute measurements, two transducers should be located at, or sensitive axes of the non-contact and seismic transducers shall
be parallel, so that their vectorially summed, conditioned
adjacent to, each machine bearing. They should be radially
mounted in the same transverse plane perpendicular to the signals result in an accurate measure of the absolute shaft
vibration.
shaft axis or as close as practicable, with their axes within f. 5'
of a radial line. It is preferable to mount both transducers
90 f. 5O apart on the same bearing half and the positions
3.3.4 Procedures for absolute vibration measurements
chosen should be the same at each bearing.
using a shaft-riding mechanism with a seismic
transducer
A single transducer may be used if it can be shown that it pro-
vides adequate information about the shaft vibration
The seismic transducer (velocity type or accelerometer) shall be
characteristics.
mounted radially on the shaft-riding mechanism. The mechan-
ism shall not chatter or bind in a manner modifying the
It is recommended that special measurements be made in order
indicated shaft vibrations. The mechanism shall be mounted as
to determine the total non-vibration run-out, which is caused
described for transducers in 3.3.1.
by shaft surface metallurgical non-homogeneities, local re-
sidual magnetism and shaft mechanical run-out. It should be
The shaft surface against which the shaft-riding tip rides,
noted that, for asymmetric rotors, the effect of gravity can taking into account the total axial float of the shaft under all
cause a false run-out signal.
thermal conditions, shall be smooth and free from shaft discon-
tinuities, such as keyways and threads. It is recommended that
Recommendations for instrumentation are given in annex B.
a dial in-
the mechanical run-out of the shaft, as measured with
dicator of suitable resolution, should not exceed 25 % of the
allowable vibration displacement, specified in accordance with
3.3.2 Procedures for relative vibration measurements
annex C, or 6 pm, whichever is the greater.
Relative vibration transducers of the non-contacting type are
There may be surface speed and/or other limitations to shaft-
normally mounted in tapped holes in the bearing housing, or by
riding procedures, such as the formation of hydrodynamic oil
rigid brackets adjacent to the bearing housing. Where the
films beneath the probe, which may give false readings, and,
transducers are mounted in the bearing, they should be located
consequently, manufacturers should be consulted about poss-
so as not to interfere with the lubrication pressure wedge.
ible limitations.
However, special arrangements for mounting transducers in
other axial locations may be made, but different vibration
3.4 Machine operating conditions
criteria for assessment will then have to be used. For bracket-
mounted transducers, the bracket shall be free from natural fre-
Shaft vibration measurements should be made under agreed
quencies which adversely affect the capability of the transducer
conditions over the operating range of the machine. These
to measure the relative shaft vibration.
measurements should be made after achieving agreed thermal
and operating conditions. In addition, measurements may also
The surface of the shaft at the location of the pick-up, taking
be taken under conditions of, for example, slow roll, warming-
into account the total axial float of the shaft under all thermal
up speed, critical speed, etc; however, the results of these
conditions, shall be smooth and free from any geometric
measurements may not be suitable for evaluation in accordance
discontinuities, such as keyways, lubrication passages and
with clause 5.
threads, metallurgical non-homogeneities and local residual
magnetism which may cause false signals. In some cir-
cumstances, an electroplated or metallized shaft surface may
3.5 Machine foundation and structures
be acceptable, but it should be noted that the calibration may
be different. It is recommended that the total combined elec-
The type of machine foundation and structures (for example
trical and mechanical run-out, as measured by the transducer, piping) may significantly affect the measured vibrations. In
should not exceed 25 % of the allowable vibration displace- general, a valid comparison of vibration levels of machines of
ment, specified in accordance with annex C, or 6 um,
the same type can only be made if the foundations and struc-
whichever is the greater. For measurements made on machines tures have similar dynamic characteristics.
already in service, where provision was not originally made for
shaft vibration measurements, other run-out criteria may need
3.6 Environmental vibration and evaluation of
to be used.
measurement system
Prior to measuring the vibration of an operating machine, a
3.3.3 Procedures for absolute vibration measurements
check with the same measuring system and stations should be
using combined seismic and non-contacting relative
taken with the machine in an inoperative state. When the
vibration transducers
results of such measurements exceed one-third of the values
If a combination of seismic and non-contacting relative vi- specified for the operating speed, steps should be taken to
bration transducers are used, the absolute vibration is obtained eliminate environmental vibration effects.
3
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IS0 7919/1-1986 (E)
vibration), either the relative shaft vibration or absolute
4 Instrumentation
shaft vibration may be used as a measure of shaft vibration;
The instrumentation used for the purpose of compliance with
this part of IS0 7919 shall be so designed as to take into ac-
b) when the relative motion transducer support structure
count temperature, humidity, the presence of a corrosive
vibration is 20 % or more of the relative shaft vibration, the
atmosphere, shaft surface speed, shaft material and surface
absolute shaft vibration shall be measured, and if found to
finish, operating medium (for example water, oil, air or steam)
be larger than the relative shaft vibration, it shall be used as
in contact with the transducer, vibration and shock (three
the measure of shaft vibration.
major axes), airborne noise, magnetic fields, metallic masses in
proximity to the tip of the transducer, and power-line voltage
fluctuations and transients. 5.3 If the evaluation criterion is the kinetic load on the bear-
ing, the relative shaft vibration shall be used as the measure of
The design of the measurement system and the individual com-
shaft vibration.
ponents shall also be such that, for a given application over the
maximum range of environmental conditions, the measurement
error of the system shall not exceed 10 % of the measured
If the evaluation criterion is stator/rotor clearances, then
5.4
value or 10 % of the two-thirds value of the read-out instru-
ment, whichever is the greater.
a) when the relative motion transducer support structure
vibration is small (i.e. less than 20 % of the relative shaft
The instrumentation shall have provision for on-line calibration
vibration), the relative shaft vibration shall be used as a
of read-out instrumentation. It is desirable to have suitable
measure of clearance absorption;
isolated outputs to permit further analysis if required. Annex B
provides examples of instrumentation used for relative and
b) when the relative motion transducer support structure
absolute shaft vibration measurements.
vibration is 20 % or more of the relative shaft vibration, the
relative shaft vibration measurement may still be used as a
measure of clearance absorption unless the relative motion
5 Evaluation criteria
transducer support structure vibration is not representative
of the total stator vibration. In this latter case, special
5.1 There are two principal factors by which shaft vibration is
measurements will be required.
judged
a) absolute vibration of the shaft;
5.5 The shaft vibration associated with a particuiar classifi-
cation range depends on the size and mass of the vibrating
b) vibration of the shaft relative to the structural elements.
body, the characteristics of the mounting system and the out-
put and use of the machine. It is therefore necessary to take
5.2 If the evaluation criterion is the change in shaft vibration,
into account the various purposes and circumstances con-
then
cerned when specifying different ranges of shaft vibration for a
specific class of machinery. Where appropriate, reference
a) when the relative motion transducer support structure
vibration is small (i.e. less than 20 % of the relative shaft should be made to the product specification.
4
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IS0 7919/1-1986 (E)
Annex A
Derivation of measurement quantities
(This annex does not form an integral part of the standard.)
A.l Mechanics of shaft vibration
The vibration of a rotating shaft is characterized at any axial location by a kinetic orbit, which describes how the position of the shaft
centre varies with time. Figure 1 shows a typical orbit. The shape of the orbit depends upon the dynamic characteristics of the shaft,
the bearings and the bearing supports/foundations, the axial location on the rotor and the form of vibration excitation. For example, if
the excitation takes the form of a single frequency sinusoidal force, the orbit is an ellipse, which can in certain circumstances be a
circle or straight line, and the time taken for the shaft centre to complete one circuit of the ellipse is equal to the period of the exci-
tation force. One of the most important excitation forces is rotor unbalance, in which the excitation frequency is equal to the
rotational frequency of the shaft. However, there are other forms of excitation, such as rotor cross-section asymmetry, for which the
frequency is equal to multiples of the rotational frequency of the shaft. Where the vibration arises as a result of, for example,
destabilizing self-excited forces, the orbit will not normally be of a simple shape, but will change form over a period of time and it will
0
not necessarily be harmonically related. In general, the vibration of the shaft may arise from a number of different sources and,
therefore, a complex orbit will be produced, which is the vectorial sum of the effects of the individual excitation forces.
A.2 Measurement of shaft vibration
At any axial location, the orbit of the shaft can be obtained by taking measurements with two vibration transducers mounted in
different radial planes, separated by 90° (this is the preferred separation, but small deviations from this do not cause significant
errors). If the angle between the transducer locations is substantially different from 90°, a vector resolution into the orthogo
...
Norme internationale @ 791911
-~ ~
INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANQARDIZATIONoMEW(AYHAP0~HAR OPrAHMBAUMR ii0 CTAH~APTM3AUHM~ORGANlSATlON INTERNATIONALE DE NORMALISATION
Vibrations mécaniques des machines non alternatives -
* Mesurages sur les arbres tournants et évaluation -
Partie I : Directives générales
Mechanical vibration of non-reciprocating machines - Measurements on rotating shafts and evaluation - Part I : General
guidelines
Première édition - 1986-03-15
Réf. no : IS0 7919/1-1986 (F)
CDU 534.1.08; 621.824
Descripteurs : machine tournante, arbre mécanique, essai, essai de vibration, mesurage, estimation, vibration.
.-.
4!
R
Prix basé sur 16 pages
s
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Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale
d'organismes nationaux de normalisation (comités membres de I'ISO). L'élaboration
des Normes internationales est confiée aux comités techniques de I'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 gouverne-
mentales, en liaison avec I'ISO participent également aux travaux.
Les projets de Normes internationales adoptés par les comités techniques sont soumis
aux comités membres pour approbation, avant leur acceptation comme Normes inter-
nationales par le Conseil de I'ISO. Les Normes internationales sont approuvées confor-
mément aux procédures de 1'1S0 qui requièrent l'approbation de 75 % au moins des
comités membres votants.
IS0 7919/1 a été élaborée par le comité technique
La Norme internationale
ISO/TC 108, Vibrations et chocs mécaniques.
L'attention des utilisateurs est attirée sur le fait que toutes les Normes internationales
sont de temps en temps soumises à révision et que toute référence faite à une autre
Norme internationale dans le présent document implique qu'il s'agit, sauf indication
contraire, de la dernière édition.
0 Organisation internationale de normalisation, 1986 O
imprimé en Suisse
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IS0 7919/1-1986 (FI
NORM E I NTE RN AT1 ON ALE
Vibrations mécaniques des machines non alternatives -
Mesurages sur les arbres tournants et évaluation -
Partie 1 : Directives générales
Ainsi, tandis que I'ISO 2372 concerne le mesurage des vibra-
O Introduction
tions sur les surfaces des machines, par exemple les chapeaux
Les machines sont utilisées actuellement à des vitesses de plus
de palier des carters de roulement, la présente Norme interna-
en plus élevées et pour des charges de plus en plus fortes, et
tionale fournit une autre méthode de mesurage et d'évaluation
sont soumises à des conditions de fonctionnement de plus en
les catégories de machines dont les caractéristiques des
pour
plus sévères. Une partie importante de ces progrès est une con-
vibrations peuvent être plus nettement indiquées par des mesu-
séquence de l'utilisation plus efficace des matériaux, bien que
rages des vibrations sur les arbres tournants.
celle-ci se soit quelquefois traduite par une marge plus faible
autorisée pour les erreurs de conception et d'application.
Les mesurages des vibrations sur les arbres sont utilisés dans
un grand nombre de cas, qui vont des opérations de routine
II est actuellement de pratique courante de prévoir et d'exiger
(surveillance en cours d'utilisation, essais de réception) aux
un fonctionnement continu de deux ou trois ans avant les inter-
essais expérimentaux à la pointe du progrès, à quoi il faut ajou-
ruptiçms de maintenance. Il en résulte des spécifications beau-
ter les recherches du point de vue diagnostic et analyse. Ces
coup plus restrictives pour les niveaux de vibration des machi-
différents objectifs de mesurage conduisent à de nombreuses
nes tournantes en cours de fonctionnement, de facon à assurer
différences au niveau des méthodes d'interprétation et d'éva-
une exploitation continue, sûre et fiable.
luation. Pour limiter le nombre de ces différences, la présente
VISO 2372 établit une base pour l'évaluation des vibrations Norme internationale est concue de facon à fournir un guide,
essentiellement pour la surveillance en cours de fonctionne-
mécaniques des machines, en mesurant la réponse de vibration
uniquement sur des organes fixes. Cependant, il existe de nom- ment et pour les essais de réception.
breux types de machines pour lesquelles des mesurages effec-
tués sur ces organes, comme par exemple les chapeaux de
Lors de la préparation de la présente Norme internationale il a
palier, peuvent certes s'avérer utiles, mais risquent de ne pas
été reconnu la nécessité d'établir des critères quantitatifs pour
caractériser d'une manière satisfaisante les conditions de fonc-
l'évaluation des vibrations des arbres des machines. Cepen-
tionnement de la machine. En général, ces machines contien-
dant, faute de données disponibles sur ce sujet actuellement, la
nent des systèmes d'arbre à rotor flexible, et l'on pourra obtenir
présente Norme internationale a été structurée de facon à per-
des mesures plus précises et plus sensibles des variations de
mettre d'y inclure de telles données au fur et à mesure de leur
l'environnement vibratoire si les mesurages sont effectués sur
disponibilité.
les éléments tournants. On peut citer à titre d'exemples repré-
sentatifs des catégories de machines utilisant fréquemment le
NOTES
mesurage des vibrations du rotor, comme des machines ayant
des carters relativement raides et/ou lourds par rapport à la 1 Le terme ((vibrations de l'arbre)) est utilisé tout au long de la pré-
sente Norme internationale car, dans la plupart des cas, les mesurages
masse du rotor.
seront effectués sur l'arbre des machines; cependant, la présente
Dans le cas de certaines machines, telles que turbines à vapeur Norme internationale s'applique aussi aux mesurages effectués sur
d'autres organes tournants lorsqu'il s'avère que ces organes convien-
industrielles, turbines à gaz et turbocompresseurs qui, toutes,
nent mieux au mesurage, à condition que les lignes directrices soient
peuvent présenter plusieurs modes de vibrations dans la gamme
respectées.
des vitesses de service, c'est surtout grâce à des mesurages
effectués sur les rotors que l'on peut mieux observer leurs répon-
2 Dans le cadre de la présente Norme internationale, la surveillance
ses aux vibrations dues à un balourd, aux déformations thermi-
en cours de fonctionnement est considérée comme étant les mesura-
ques, aux frottements et à une mise hors charge des roulements. ges des vibrations effectués pendant l'utilisation normale de la
machine. La présente Norme internationale permet d'utiliser diverses
Par conséquent, la prhsente Norme internationale a été prépa-
grandeurs et méthodes de mesurage, à condition qu'elles soient paifai-
rée dans le but de compléter les spécifications établies dans tement définies et que leurs limites soient fixées, de facon à bien com-
prendre l'interprétation des mesurages.
1'1S0 2372.
1
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IS0 7919/1-1986 (F)
Comme la présente Norme internationale s'applique au mesu-
1 Objet et domaine d'application
raye des vibrations des arbres tant en valeur relative qu'en
valeur absolue, il faut en outre distinguer les deux types de
La présente partie de I'ISO 7919 établit des directives générales
déplacement suivants :
pour le mesurage et l'évaluation des vibrations des machines,
par l'intermédiaire de l'utilisation de mesurages effectués direc-
a) déplacement relatif, qui est le déplacement vibratoire
tement sur des arbres tournants, l'objectif étant de déterminer
entre l'arbre et la structure appropriée, par exemple un car-
les vibrations de l'arbre pour ce qui est
ter de palier ou le carter de la machine;
a) des variations des amplitudes de vibrations;
b) déplacement absolu, qui est le déplacement vibratoire
de l'arbre par rapport à un trièdre de référence fixe.
b) d'une force tournante excessive:
NOTE - II convient d'indiquer clairement si les valeurs de déplacement
c) de la surveillance des jeux radiaux.
sont relatives ou absolues.
Elle s'applique aux mesurages des vibrations radiales des
Le déplacement absolu et le déplacement relatif sont en outre
arbres, tant en valeur absolue qu'en valeur relative, mais ne
définis par plusieurs grandeurs de déplacement différentes,
prend pas en compte les vibrations axiales et en torsion des
dont chacune est maintenant largement utilisée. On peut citer :
à la fois à la surveil-
arbres. Les procédures sont applicables
lance en cours de fonctionnement, et aux essais de réception
S,-q : valeur du déplacement vibratoire, crête à crête, dans
sur banc d'essai et après l'installation.
la direction de mesurage;
NOTE - Les critères d'évaluation pour les différentes classes de SmaX : déplacement vibratoire maximal dans le plan de
machines seront inclus dans les parties additionnelles de la présente
mesurage.
Norme internationale lorsqu'ils seront disponibles. En attendant, des
directives sont données B titre d'information en annexe C.
On peut utiliser pour mesurer les vibrations des arbres chacune
de ces grandeurs de déplacements; cependant, les grandeurs
La présente Norme internationale ne s'applique pas aux machi-
doivent être clairement désignées de façon à assurer une inter-
nes alternatives.
prétation correcte des mesurages selon les critères du
chapitre 5. On trouvera sur les figures de l'annexe A les rela-
tions qui existent enîre ces différentes grandeurs.
2 Références
NOTE - Actuellement, la plus grande des deux valeurs de déplace-
B crête telle qu'elle est mesurée dans deux directions ortho-
ment crête
IS0 2041, vibrations et chocs - Vocabulaire.
gonales est utilisée pour des critères d'évaluation. A l'avenir et avec
l'expérience acquise, la grandeur Sp.p,,,, définie dans la figure 2 de
IS0 2372, Vibrations mécaniques des machines ayant une
l'annexe A, peut être préférée.
vitesse de fonctionnement comprise entre 10 et 200 trts -
6ase pour i'élaboration des normes d'évaluation.
3.1.2 Gamme de fréquences
IS0 3945, vibrations mécaniques des grandes machines tour-
Le mesurage des vibrations relatives et des vibrations absolues
nantes dans la gamme des vitesses comprises entre 10 et
des arbres doit être effectué en bande large de façon à couvrir
200 trts - Mesurage et évaluation de I'intensité vibratoire in
convenablement le spectre de fréquences de la machine.
situ.
IS0 5348, Vibrations et chocs mécaniques - Fixation mécani- 3.2 Types de mesurage
que des accéléromètres. 1 I
3.2.1 Mesurages des vibrations relatives
Généralement, les mesurages des vibrations relatives sont
3 Mesurages
effectués avec des transducteurs sans contact qui captent le
déplacement vibratoire entre l'arbre et un organe fixe (par
3.1 Grandeurs de mesurage
exemple le carter de palier) de la machine.
3.1.1 Déplacement
3.2.2 Mesurages des vibrations absolues
Les mesurages des vibrations absolues sont effectués selon
La grandeur de mesurage préférée, pour le mesurage des vibra-
l'une des méthodes suivantes :
tions des arbres, est le déplacement. L'unité de mesure est le
micromètre (1 pm = 10-6 m),
a) par une sonde montée en contact avec l'arbre, sur
laquelle est mont6 un transducteur sismique (du type
NOTE - Le déplacement est une grandeur vectorielle et, quand on
vitesse ou accéléromètre), de façon à mesurer directement
compare deux déplacements, il peut donc s'avérer nécessaire de consi-
les vibrations absolues de l'arbre; ou
Ci.
dérer l'angle de phase entre eux (voir aussi annexe
1) Actuellement au stade de projet.
2
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provoquer de faux signaux. Dans certains cas, on peut accepter
b) par un transducteur sans contact, combiné avec un
dépôt électrolytique ou
une surface d'arbre possédant un
transducteur sismique (du type vitesse ou accéléromètre),
métallisé, mais il convient de noter que l'étalonnage peut être
montés l'un près de l'autre, de facon que le support des
deux transducteurs subisse le même déplacement absolu différent. II est recommandé que les défauts globaux résultant
des défauts triboélectriques et mécaniques, tels que mesurés
dans la direction de mesurage. Leurs sorties, après condi-
par le transducteur, ne doivent pas dépasser 25 % du déplace-
tionnement, subissent une sommation vectorielle pour don-
C, ou 6 pin,
ner un mesurage du mouvement absolu de l'arbre. ment vibratoire admissible spécifié selon l'annexe
en prenant la valeur la plus élevée. Pour des mesurages effec-
tués sur des machines déjà en service où rien n'avait été initia-
lement prévu pour mesurer les vibrations de l'arbre, il peut
3.3 Procédures de mesurage
s'avérer nécessaire d'utiliser d'autres critères.
3.3.1 Généralités
3.3.3 Procédures pour les mesurages des vibrations
absolues à l'aide d'un transducteur combiné, constitué
II est souhaitable de placer les transducteurs en des points tels
d'un transducteur sismique et d'un transducteur de
que l'on puisse évaluer le mouvement latéral de l'arbre en cer-
vibrations relatives sans contact
tains points particuliers. II est recommandé, pour ce qui est des
mesurages relatifs ou absolus, de placer deux transducteurs au
Lorsqu'on utilise une combinaison de transducteurs sismiques
niveau de chaque palier de machine, ou en son voisinage immé-
et de vibrations relatives sans contact, les vibrations absolues
diat. Ils doivent être montés radialement dans le même plan
sont obtenues par la sommation vectorielle des sorties des deux
a transversal perpendiculaire à l'axe de l'arbre, ou aussi près que
transducteurs. La fixation et les autres spécifications relatives
possible de ce plan, leurs axes faisant un angle au plus égal à
au transducteur sans contact sont celles indiquées en 3.3.2. De
5 5O par rapport à un axe radial. De préférence, les deux trans-
plus, le transducteur sismique doit être fixé d'une manière
ducteurs doivent être montés à 90 f 5O l'un de l'autre, sur le
rigide à la structure de la machine (par exemple au carter de
même demi-palier, et les positions choisies devraient être les
palier), au voisinage immédiat du transducteur sans contact, de
mêmes au niveau de chaque palier.
facon que les deux transducteurs soient soumis aux mêmes
vibrations absolues du support dans la direction du mesurage.
On peut utiliser un transducteur unique si l'on a pu montrer
Les axes sensibles des transducteurs (sans contact et sismique)
qu'il donne des renseignements suffisants sur les caractéristi-
doivent être parallèles de facon que leurs signaux, après condi-
ques des vibrations de l'arbre.
tionnement et sommation vectorielle, donnent une mesure pré-
cise des vibrations absolues de l'arbre.
II est recommandé d'effectuer des mesurages spéciaux pour
déterminer les défauts de forme provoqués par des non-
3.3.4 Procédures pour les mesurages des vibrations
homogénéités de surface de l'arbre, des défauts triboélectri-
absolues à l'aide d'une tige et d'un frotteur sur l'arbre,
ques et par des défauts mécaniques de l'arbre. II convient de
avec un transducteur sismique
noter que dans le cas des rotors asymétriques, l'effet de la gra-
Le transducteur sismique (du type vitesse ou accéléromètre)
vité peut provoquer un faux signal de défaut.
doit être monté radialement sur une tige en contact avec l'arbre
par un frotteur. Le système ne doit ni brouter, ni se gripper, et
Les recommandations en matière d'appareillage figurent en
donc ne doit modifier en aucune manière les vibrations indi-
annexe B.
quées de l'arbre. Le mécanisme doit être fixé comme il est
décrit pour les transducteurs en 3.3.1.
3.3.2 Procédures pour les mesurages des vibrations
La surface de l'arbre contre laquelle est en contact la tige avec
relatives
le frotteur, en prenant en compte le déplacement axial total de
l'arbre dû aux dilatations thermiques, doit être lisse et exempte
Normalement, les tranducteurs de vibrations relatives, du type
de discontinuités telles que les rainures de clavette et de file-
sans contact, sont montés dans des trous taraudés aménagés
tage. II est recommandé que les défauts mécaniques de l'arbre,
dans le carter du palier, ou à l'aide de supports rigides contigus
tels que mesurés à l'aide d'un indicateur à cadran présentant
du carter du palier. Quand les tranducteurs sont montés dans le
une résolution appropriée, ne dépassent pas 25 % du déplace
palier, ils doivent être placés de facon à ne pas gêner le film
ment maximal admissible dû aux vibrations et spécifié selon
d'huile lubrifiant. Cependant, on peut prendre des dispositions
l'annexe C, ou 6 pm, en prenant la valeur la plus élevée.
spéciales pour monter les transducteurs à d'autres emplace-
ments axiaux, mais il faudra alors utiliser, pour l'évaluation, des
II peut y avoir des limitations relatives à la vitesse surfacique
critères différents de vibrations. Quand les transducteurs sont
et/ou à d'autres paramètres pour le frotteur, par exemple la for-
montés sur supports, ces derniers doivent être exempts de fré-
mation de films hydrodynamiques d'huile en dessous de la
quences propres susceptibles d'affecter d'une manière indésira-
sonde, qui serait susceptible de donner des lectures erronées,
ble l'aptitude du transducteur à mesurer les vibrations relatives
et il convient donc de se mettre en rapport avec les construc-
des arbres.
teurs pour en avoir connaissance.
La surface de l'arbre, au point où le capteur prend en compte le
déplacement axial total de l'arbre dû aux dilatations thermi-
3.4 Conditions de fonctionnement de la machine
ques, doit être lisse et exempte de toutes discontinuités géomé-
triques, par exemple des rainures de clavette, des conduits de Le mesurage des vibrations de l'arbre doit être effectué dans
lubrification et des filetages, ainsi que de défauts d'homogé- des conditions convenues, sur toute la gamme de fonctionne-
ment de la machine. Ces mesurages doivent être effectués
néité métallique et de défauts triboélectriques susceptibles de
3
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après avoir atteint les conditions de fonctionnement et ther-
5 Critères d'bvaluation
miques convenues. En outre, on peut aussi effectuer des
mesurages dans certaines conditions, par exemple de
5.1 II existe deux facteurs principaux permettant d'évaluer les
roulement lent, de vitesses de montée en température, de
vibrations des arbres :
vitesses critiques, etc.; cependant, les résultats de ces mesura-
ges peuvent ne pas être appropriés dans le cadre d'une évalua-
a) la vibration absolue de l'arbre;
tion selon chapitre 5.
b) la vibration de l'arbre relative aux éléments fixes.
3.5 Fondations et structures de la machine
5.2 Si le critère d'évaluation est la variation de la vibration de
Le type de fondation et de structure de la machine (par exemple
l'arbre,
les tuyauteries) peut affecter fortement les vibrations mesurées.
a) quand la vibration du support du transducteur due au
En général, ce n'est que si les fondations et les structures pos-
mouvement relatif est faible (c'est-à-dire inférieure à 20 %
sèdent des caractéristiques dynamiques analogues que l'on
de la vibration relative de l'arbre), on pourra utiliser en tant
pourra effectuer une comparaison valable des niveaux de vibra-
que mesure de la vibration de l'arbre soit la vibration absolue
tions de machines du même type.
de l'arbre soit sa vibration relative;
3.6 Bruit de fond et évaluation du système de
b) quand la vibration du support du transducteur due au
mesura g e
mouvement relatif est de 20 % ou plus de la vibration rela-
tive de l'arbre, la vibration absolue de l'arbre doit être mesu-
Avant de mesurer les vibrations d'une machine en fonctionne-
rée, et, si l'on constate qu'elle est supérieure à la vibration
ment, il convient d'effectuer un contrôle avec le même système
relative de l'arbre, elle doit être utilisée en tant que mesure
et les mêmes instruments de mesurage, mais la machine étant à
de la vibration de l'arbre.
l'arrêt. Quand ces mesurages donnent des résultats dépassant
un tiers des valeurs spécifiées pour la vitesse de fonctionne-
5.3 Si le critère d'évaluation est la force tournante sur les
ment, il convient de prendre des dispositions permettant d'éli-
paliers, la vibration relative de l'arbre doit être utilisée en tant
miner les effets du bruit de fond.
que mesure de la vibration de l'arbre.
4 Instrumentation Si le critère d'bvaluation est le jeu au niveau du stator/
5.4
rotor,
L'instrumentation utilisée dans le but de conformité avec la pré-
a) quand la vibration du support du transducteur due au
I'ISO 7919 doit être conçue de façon à prendre
sente partie de
mouvement relatif est faible (c'est-à-dire inférieure à 20 %
en compte la température, l'humidité, la présence d'une atmos-
de la vibration relative de l'arbre), la vibration relative de
phère corrosive, la vitesse superficielle de l'arbre, le matériau de
l'arbre doit être utilisée en tant que mesure de l'absorption
l'arbre et le fini de surface, le fluide de travail (par exemple eau,
au niveau du jeu;
ou vapeur) en contact avec le transducteur, les vibra-
huile, air
tions et les chocs (sur les trois axes principaux), les bruits
b) quand la vibration du support du transducteur due au
aériens, les champs magnétiques, les masses métalliques au
mouvement relatif est de 20 %, ou plus, de la vibration rela-
voisinage de l'extrémité du transducteur, et les fluctuations et
tive de l'arbre, on pourra encore utiliser la mesure de la
phénomènes transitoires de la tension du réseau d'alimenta-
vibration relative de l'arbre en tant que mesure de I'absorp-
tion.
tion au niveau du jeu, à moins que la vibration du support du
transducteur due au mouvement relatif ne soit pas représen-
La conception du système de mesurage et de ses différents élé-
tative de la vibration totale du stator. Dans ce dernier cas, il
ments doit être telle que, pour une application donnée supé-
sera nécessaire d'effectuer des mesurages spéciaux.
rieure à la gamme maximale des conditions ambiantes, l'erreur
de mesurage du système n'excède pas 10 % de la valeur mesu-
rée, ou 10 % des deux tiers de la valeur de l'instrument de lec-
5.5 La vibration de l'arbre associée à une classification parti-
ture, en prenant la valeur la plus élevée. culière de gammes ddpend des dimensions et de la masse du
corps vibrant, des caractéristiques du système de fixation, ainsi
L'instrumentation doit prévoir un dispositif pour l'étalonnage que du rendement et de l'utilisation de la machine. II est donc
de l'instrumentation de lecture en service. II est souhaitable nécessaire de prendre en compte les différentes applications et
d'avoir des points de sortie isolés et convenables permettant circonstances chaque fois que l'on spécifie différentes gammes
une éventuelle analyse supplémentaire. L'annexe B donne des des vibrations de l'arbre pour une classe donnée de machine.
exemples d'instrumentation utilisée pour les mesurages des Le cas échéant, il conviendra de se reporter aux spécifications
vibrations relatives et absolues de l'arbre. du produit.
4
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Annexe A
Obtention des grandeurs de mesure
(Cette annexe ne fait pas partie intégrante de la norme,
Mécanique de la vibration de l'arbre
A.l
La vibration d'un arbre tournant est caractérisée, en un point axial quelconque, par une orbite (trajectoire), qui décrit la manière dont
la position du centre de l'arbre varie avec le temps. La figure 1 présente un exemple d'orbite. La forme de l'orbite dépend des caracté-
ristiques dynamiques de l'arbre, des paliers et des supportdfondationç des paliers, de la position axiale sur le rotor et de la forme de
l'excitation des vibrations. Par exemple, si l'excitation prend la forme d'une force sinusoidale à fréquence unique, l'orbite sera une
ellipse, qui pourra dans certaines situations se résoudre en un cercle ou une droite, et le temps nécessaire au centre de l'arbre pour
effectuer un tour complet de l'ellipse est égal à la période de la force d'excitation. L'une des forces d'excitation les plus importantes
est le balourd du rotor, auquel cas la fréquence d'excitation est égale à la fréquence de rotation de l'arbre. Cependant, il existe
d'autres formes d'excitation, comme une asymétrie de la section transversale du rotor, auquel cas la fréquence est égale à des multi-
ples de la fréquence de rotation de l'arbre. Quand la vibration est due par exemple à une instabilité, l'orbite n'aura normalement pas
une forme simple mais elle changera de forme sur un intervalle de temps donné, et il n'y aura pas nécessairement une relation harmo-
w
nique. En général, les vibrations de l'arbre peuvent être dues à un certain nombre de différentes sources, ce qui donnera une orbite
complexe, qui est la somme vectorielle des effets des différentes forces d'excitation individuelles.
A.2 Mesurage de la vibration de l'arbre
En un point axial quelconque, on peut obtenir l'orbite de l'arbre en effectuant des mesurages avec deux transducteurs de vibrations
fixés dans des plans radiaux différents, faisant entre eux un angle de 90' (c'est l'angle préféré, mais on pourra s'écarter légèrement de
cette valeur sans risque d'erreurs importantes). Si l'angle entre les deux plans des transducteurs est très différent de WO, il sera néces-
saire d'effectuer une décomposition vectorielle dans les directions orthogonales. Si les transducteurs mesurent la vibration absolue,
l'orbite sera l'orbite absolue de l'arbre, indépendamment du mouvement vibratoire des organes non tournants. Si les transducteurs
mesurent la vibration relative, l'orbite mesurée sera une orbite relative et liée à la partie de la structure sur laquelle sont montés les
transducteurs.
A.3 Grandeurs de mesurage
A.3.1 Position moyenne intégrée par rapport au temps
Les valeurs moyennes du déplacement de l'arbre (x, 9). dans deux directions orthogonales spécifibes quelconques, et par rapport à
une position de référence, comme indiqué dans la figure 1, sont définies par des intégrales par rapport au temps, selon les équations
@ suivantes :
. . . (1)
. . . (2)
où x (t) et y (t) sont les valeurs, dépendant du temps, du déplacement par rapport à la position de référence, et (t2 - t,) est supérieur
par rapport à la période de la composante la plus basse de la fréquence de vibration. Dans le cas de mesurages de vibrations absolues,
la position de référence est fixe dans l'espace. Dans le cas de mesurage de vibrations relatives, ces valeurs donnent une indication de
la position moyenne de l'arbre par rapport aux organes fixes, au point axial où sont effectués les mesurages. Des variations de ces
valeurs peuvent être la conséquence d'un certain nombre de facteurs, tels que les mouvements du palier/des fondations, des modifi-
cations des caractéristiques du film d'huile, etc., qui, normalement, apparaissent à une faible fréquence par rapport à la fréquence des
composantes des vibrations.
II convient de noter que la position moyenne intégrée par rapport au temps, dans une direction quelconque, est différente de la posi-
tion définie quand on prend la moitié de la sommation des valeurs de déplacement maximales et minimales (voir figure 2). Cependant,
quand la vibration de l'arbre est sinusoïdale avec une fréquence unique, le lieu géométrique du centre de l'arbre sera une ellipse. Dans
ces cas, la position moyenne, intégrée par rapport au temps, dans une direction de mesurage quelconque, sera la même que la posi-
tion définie en prenant la moitié de la sommation des valeurs de déplacement maximales et minimales.
5
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A.3.2 Déplacement de crête à crête des vibrations
Les grandeurs particulièrement importantes lors du mesurage de l'arbre concernent les vibrations qui constituent la forme de l'orbite.
Considérons l'orbite de l'arbre, présentée sur la figure 2, et supposons qu'il y ait deux transducteurs A et B, montés à WO i'un de
l'autre, utilisés pour mesurer les vibrations de l'arbre. À un instant donné, le centre de l'arbre coïncidera avec le point K de I'orbitre, et
la valeur instantanée correspondante du déplacement de i'arbre par rapport à sa position moyenne sera S1. Cependant, dans le plan
des transducteurs A et B, les valeurs instantanées du déplacement de l'arbre par rapport à la position moyenne seront respectivement
SA? et SEI, où
SI2 = SAl2 + SB12
. . . (31
Les valeurs de SI, SA? et SB1 varient avec le temps car le centre de l'arbre se déplace autour de l'orbite; les formes d'ondes correspon-
dantes, mesurées par chaque transducteur, sont présentées sur la figure 2.
NOTE - Si l'orbite est elliptique, ces formes seront des sinusoïdes pures ayant la même fréquence.
La valeur de crête du déplacement dans le plan du transducteur A (SA crête à crête) est définie comme la différence entre le déplace-
ment maximal et le déplacement minimal du transducteur A, avec une définition identique pour SB du transducteur B. Il est manifeste
que les valeurs de SA crête à crête et de SB crête à crête ne sont pas égales et, en général, ces valeurs seront différentes de celles obte-
nues par des mesurages analogues effectués dans des directions radiales différentes. Ainsi, la valeur du déplacement de crête à crête
dépend de la direction du mesurage.
Comme ces grandeurs de mesurage sont indépendantes de la valeur absolue de la position moyenne, il n'est pas nécessaire d'utiliser
des systèmes capables de mesurer tant les valeurs moyennes que les vale
...
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