ISO 10816-4:1998

Mechanical vibration — Evaluation of machine vibration by measurements on non-rotating parts — Part 4: Gas turbine driven sets excluding aircraft derivatives

Vibrations mécaniques — Évaluation des vibrations des machines par mesurages sur les parties non tournantes — Partie 4: Ensembles de turbines à gaz, à l'exception des turbines dérivées de celles utilisées en aéronautique

General Information

• Status: Withdrawn
• Publication Date: 01-Jul-1998
• Withdrawal Date: 01-Jul-1998
• ICS: 17.160 - Vibrations, shock and vibration measurements
• ICS: 27.040 - Gas and steam turbines. Steam engines
• Technical Committee: ISO/TC 108/SC 2 - Measurement and evaluation of mechanical vibration and shock as applied to machines, vehicles and structures
• Drafting Committee: ISO/TC 108/SC 2/WG 1 - Rotordynamics and vibration of machines
• Current Stage: 9599 - Withdrawal of International Standard
• Completion Date: 30-Sep-2009

Relations

• Revised: ISO 10816-4:2009 - Mechanical vibration — Evaluation of machine vibration by measurements on non-rotating parts — Part 4: Gas turbine sets with fluid-film bearings
• Effective Date: 15-Apr-2008

Standards Content (Sample)

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 10816-4
First edition
1998-07-01
Mechanical vibration — Evaluation of
machine vibration by measurements on
non-rotating parts —
Part 4:
Gas turbine driven sets excluding aircraft
derivatives
Vibrations mécaniques — Évaluation des vibrations des machines par
mesurages sur les parties non tournantes —
Partie 4: Ensembles de turbines à gaz, à l'exception des turbines dérivées
de celles utilisées en aéronautique
A
Reference number
ISO 10816-4:1998(E)

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ISO 10816-4:1998(E)
Contents
Page
1 Scope. 1
2 Normative references . 2
3 Measurement procedures. 2
4 Evaluation . 3
4.1  Criterion I: Vibration magnitude . 3
4.2  Criterion II: Change in vibration magnitude . 5
4.3  Operational limits . 5
4.4  Supplementary procedures/criteria. 6
4.5  Evaluation based on vibration vector information. 6
Annex A (normative) Evaluation zone boundaries. 7
Annex B (informative) Example of setting ALARM and
TRIP values . 8
Annex C (informative) Bibliography. 9
©  ISO 1998
All rights reserved. Unless otherwise specified, no part of this publication may be reproduced
or utilized in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying and
microfilm, without permission in writing from the publisher.
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Printed in Switzerland
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ISO ISO 10816-4:1998(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.
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.
International Standard ISO 10816-4 was prepared by Technical Committee
ISO/TC 108 Mechanical vibration and shock, Subcommittee SC 2
Measurement and evaluation of mechanical vibration and shock as applied
to machines, vehicles and structures.
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: Large land-based steam turbine generator sets in excess of
50 MW
— 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 driven sets excluding aircraft derivatives
— Part 5: Machine sets in hydraulic power generating and pumping
plants
— Part 6: Reciprocating machines with power ratings above 100 kW
Annex A forms an integral part of this part of ISO 10816. Annexes B and C
are for information only.
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ISO 10816-4:1998(E) ISO
Introduction
ISO 10816-1 is the basic document which describes the general
requirements for evaluating the vibration of various machine types when
the vibration measurements are made on non-rotating parts. This part of
ISO 10816 provides specific guidance for assessing the severity of
vibration measured on the bearing housings or pedestals of gas turbine
driven sets. Measurements at these locations characterize reasonably well
the state of vibration.
Two criteria are provided for assessing the machine vibration. One criterion
considers the magnitude of the observed vibration; the second considers
changes in the magnitude. It must be recognized, however, that these
criteria do not form the only basis for judging the severity of vibration. For
gas turbine sets, it is also common to judge the vibration based on
measurements taken on the rotating shafts. Shaft vibration measurement
requirements and criteria for gas turbine sets are addressed in separate
documents, ISO 7919-1 and ISO 7919-4.
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INTERNATIONAL STANDARD  ISO ISO 10816-4:1998(E)
Mechanical vibration — Evaluation of machine vibration by
measurements on non-rotating parts —
Part 4:
Gas turbine driven sets excluding aircraft derivatives
1  Scope
This part of ISO 10816 gives specific guidance for assessing the severity of vibration measured on the bearing
housings or pedestals of gas turbine driven sets.
The vibration criteria provided in this part of ISO 10816 apply to heavy-duty gas turbine sets. Aircraft derivative gas
turbines (including gas turbines with dynamic properties similar to those of aircraft derivatives) are excluded from
this part of ISO 10816. Large differences exist between these two turbine types in, for example, casing flexibility,
bearing design, rotor to stator weight ratio and mounting structure. It is therefore necessary to establish separate
criteria for these two turbine types.
This part of ISO 10816 is applicable only to heavy-duty gas turbines used in electrical and mechanical drive
applications covering the power range above 3 MW and a speed range under load between 3 000 r/min and
20 000 r/min. This includes gas turbines directly coupled to other prime movers such as steam turbines, but the
evaluation of the steam turbine vibration is not dealt with in this part of ISO 10816 (see the following exclusion list).
It also includes any driven equipment not included in the exclusion list below.
The following are excluded from this part of ISO 10816:
— gas turbines with power outputs less than or equal 3 MW (see ISO 10816-3);
— gas turbine driven pumps (see ISO 10816-3);
— coupled steam turbines and generators with outputs less than or equal 50 MW (see ISO 10816-3);
— coupled steam turbines and generators with outputs greater than 50 MW (see ISO 10816-2);
— coupled compressors (see ISO 10816-3);
— gearbox vibration (see below).
The criteria of this part of ISO 10816 are applicable to the vibration measured on the bearing housings or pedestals
of gas turbines and driven equipment using fluid-film bearings. They assume that the measurements are in-situ
broad-band values taken under normal steady-state operating conditions. This part of ISO 10816 encompasses
machines which may have gears or rolling element bearings but does not address the evaluation of the condition of
those gears or bearings.
NOTE  Gear vibration may be included in a future edition of this part of ISO 10816. Vibration of gears is presently addressed in
ISO 8579-2.
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ISO 10816-4:1998(E)
2  Normative references
The following standards contain provisions which, through reference in this text, constitute provisions of this part of
ISO 10816. At the time of publication, the editions indicated were valid. All standards are subject to revision, and
parties to agreements based on this part of ISO 10816 are encouraged to investigate the possibility of applying the
most recent editions of the standards indicated below. Members of IEC and ISO maintain registers of currently valid
International Standards.
ISO 7919-4:1996, Mechanical vibration of non-reciprocating machines — Measurements on rotating shafts and
evaluation criteria — Part 4: Gas turbine sets
ISO 10816-1:1995, Mechanical vibration — Evaluation of machine vibration by measurements on non-rotating parts
— Part 1: General guidelines
3  Measurement procedures
The measurement procedures and instrumentation shall comply with the general requirements of ISO 10816-1 and
are as follows.
For gas turbines, the measurement system used shall be capable of measuring broad-band vibration over a
frequency range from 10 Hz to at least six times the highest shaft rotational frequency. If, however, the
instrumentation is also to be used for diagnostic purposes, a wider frequency range and/or a spectral analysis may
be necessary. If measurements from different machines are to be compared, care shall be taken to ensure that the
same frequency range has been used.
The locations of vibration measurements shall be such that they provide adequate sensitivity to the dynamic forces
of the machine but are not unduly influenced by external sources (such as combustion vibration, gear mesh
vibration, etc.). Typically, this will require measuring in two orthogonal radial directions on each bearing cap or
pedestal, as shown in figure 1. Although the transducers may be placed at any angular location on the bearing
housings or pedestals, vertical and horizontal directions are usually preferred.
A single transducer may be used on a bearing cap or pedestal in place of the more typical pair of orthogonal
transducers if it is known to provide adequate information on the magnitude of the machine vibration. In general,
however, caution should be observed in evaluating vibration from a single transducer at a measurement plane since
it may not be oriented to provide a reasonable approximation of the maximum value at that plane.
The characteristics of the measuring system should be known with regard to the effects of the environment
including:
— temperature variations
— magnetic fields
— sound fields
— power source variations
— transducer cable length
— transducer orientation.
Particular attention should be given to ensuring that the vibration-sensing transducers are correctly mounted and do
not degrade the accuracy of the measurement.
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ISO 10816-4:1998(E)
NOTE  The evaluation criteria in this part of ISO 10816 apply to radial vibration on all bearings and axial vibration on thrust
bearings.
Figure 1 — Measurement points on main bearings
4  Evaluation
ISO 10816-1 provides a general description of the two evaluation criteria used to assess vibration severity on
various classes of machines. One criterion considers the magnitude of observed broad-band vibration; the second
considers changes in magnitude, irrespective of whether they are increases or decreases.
4.1  Criterion I: Vibration magnitude
This criterion is concerned with defining limits for absolute vibration magnitude consistent with acceptable dynamic
loads on the bearings and acceptable vibration transmission into the environment through the support structure and
foundation. The maximum vibration magnitude observed at each bearing or pedestal is assessed against four
evaluation zones established from international experience. The maximum magnitude of vibration measured is
defined as the vibration severity.
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ISO 10816-4:1998(E)
4.1.1  Evaluation zones
The following evaluation zones are defined to permit a qualitative assessment of the vibration of a given machine
and to provide guidelines on possible actions.
Zone A: The vibration of newly commissioned machines would normally fall within this zone.
: Machines with vibration within this zone are normally considered acceptable for unrestricted long-term
Zone B
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.
Numerical values assigned to the zone boundaries are not intended to serve as acceptance specifications, which
should be subject to agreement between the machine manufacturer and customer. However, these values provide
guidelines for ensuring that gross deficiencies or unrealistic requirements are avoided. In certain cases, there may
be specifi
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 10816-4
Première édition
1998-07-01
Vibrations mécaniques — Évaluation des
vibrations des machines par mesurages sur
les parties non tournantes —
Partie 4:
Ensembles de turbines à gaz, à l'exception des
turbines dérivées de celles utilisées en
aéronautique
Mechanical vibration — Evaluation of machine vibration by measurements
on non-rotating parts —
Part 4: Gas turbine driven sets excluding aircraft derivatives
A
Numéro de référence
ISO 10816-4:1998(F)

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ISO 10816-4:1998(F)
Sommaire
Page
1 Domaine d'application. 1
2 Références normatives. 2
3 Procédures de mesurage . 2
4 Évaluation . 3
4.1 Critère I: Amplitude des vibrations. 3
4.2 Critère II: Variation d'amplitude des vibrations . 5
4.3 Limites de fonctionnement. 5
4.4 Procédures/critères supplémentaires. 6
4.5 Évaluation basée sur les informations relatives au
vecteur de vibration . 6
Annexe A (normative) Limites des zones d'évaluation . 7
Annexe B (informative) Exemple de positionnement des niveaux
d'ALARME et de DÉCLENCHEMENT. 8
Annexe C (informative) Bibliographie. 9
©  ISO 1998
Droits de reproduction réservés. Sauf prescription différente, aucune partie de cette publi-
cation ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun pro-
cédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans l'accord
écrit de l'éditeur.
Organisation internationale de normalisation
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Imprimé en Suisse
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ISO ISO 10816-4:1998(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 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.
La Norme internationale ISO 10816-4 a été élaborée par le comité
technique ISO/TC 108, Vibrations et chocs mécaniques, sous-comité SC 2,
Mesure et évaluation des vibrations et chocs mécaniques intéressant les
machines, les véhicules et les structures.
L'ISO 10816 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre
général Vibrations mécaniques — Évaluation des vibrations des machines
par mesurages sur les parties non tournantes:
— Partie 1: Directives générales
— Partie 2: Turboalternateurs installés sur fondation radier, excédant
50 MW
— Partie 3: Machines industrielles de puissance nominale supérieure à
15 kW et de vitesses nominales entre 120 r/min et 15 000 r/min,
lorsqu'elles sont mesurées in situ
— Partie 4: Ensembles de turbines à gaz, à l'exception des turbines
dérivées de celles utilisées en aéronautique
— Partie 5: Groupes générateurs de puissance et installations de
pompage hydrauliques
— Partie 6: Machines alternatives de puissance nominale supérieure à
100 kW
L'annexe A fait partie intégrante de la présente partie de l'ISO 10816. Les
annexes B et C sont données uniquement à titre d'information.
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ISO 10816-4:1998(F) ISO
Introduction
L'ISO 10816-1 est le document de référence qui décrit les exigences
générales pour l'évaluation des vibrations de divers types de machines
lorsque les mesurages des vibrations sont effectués sur des parties non
tournantes. La présente partie de l'ISO 10816 donne des directives
spéciales concernant l'évaluation de la sévérité vibratoire mesurée sur les
logements ou supports de paliers d'ensembles de turbines à gaz. Les
mesurages effectués à ces endroits reflètent l'état vibratoire de manière
raisonnablement acceptable.
Deux critères sont proposés pour évaluer les vibrations de machines. Le
premier tient compte de l'amplitude des vibrations observées alors que le
second tient compte des vibrations d'amplitude. Il faut toutefois admettre
que ces critères ne constituent pas l'unique référence d'évaluation de la
sévérité vibratoire. Pour les ensembles de turbines à gaz, il est également
courant d'évaluer les vibrations en fonction des mesurages effectués sur
les arbres tournants. Les exigences et critères applicables au mesurage
des vibrations des arbres des ensembles de turbines à gaz font l'objet de
documents distincts, ISO 7919-1 et ISO 7919-4.
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NORME INTERNATIONALE  ISO ISO 10816-4:1998(F)
Vibrations mécaniques — Évaluation des vibrations des machines
—
par mesurages sur les parties non tournantes
Partie 4:
Ensembles de turbines à gaz, à l'exception des turbines dérivées de
celles utilisées en aéronautique
1  Domaine d'application
La présente partie de l'ISO 10816 donne des directives spéciales concernant l'évaluation de la sévérité vibratoire
mesurée sur les logements ou supports de paliers d'ensembles de turbines à gaz.
Les critères vibratoires proposés dans la présente partie de l'ISO 10816 s'appliquent aux ensembles de turbines à
gaz en service intensif. Les turbines à gaz dérivées de celles utilisées en aéronautique (y compris les turbines à
gaz dont les propriétés dynamiques sont similaires à celles des turbines utilisées en aéronautique) ne sont pas
concernées par la présente partie de l'ISO 10816. Il existe de grandes différences entre ces deux types de turbines
en ce qui concerne, par exemple, la flexibilité du carter, la conception des paliers, le rapport de poids entre rotor et
stator et la structure de montage. Il est par conséquent nécessaire d'établir des critères séparés pour ces deux
types de turbines.
La présente partie de l'ISO 10816 ne s'applique qu'aux turbines à gaz en service intensif utilisées pour des
applications à commande électrique et mécanique couvrant la gamme de puissance supérieure à 3 MW et une
gamme de vitesses en charge, située entre 3 000 r/min et 20 000 r/min. Ceci comprend les turbines à gaz
directement couplées à d'autres moteurs, tels que les turbines à vapeur, mais l'évaluation des vibrations des
turbines à vapeur n'est pas couverte par la présente partie de l'ISO 10816 (voir la liste des exclusions suivantes).
Sont également compris les autres équipements entraînés non indiqués dans la liste des exclusions ci-dessous.
Les éléments suivants sont exclus de la présente partie de l'ISO 10816:
— turbines à gaz avec des puissances absorbées inférieures ou égales à 3 MW (voir ISO 10816-3);
— pompes commandées par des turbines à gaz (voir ISO 10816-3);
— turboalternateurs avec des puissances inférieures ou égales à 50 MW (voir ISO 10816-3);
— turboalternateurs avec des puissances supérieures à 50 MW (voir ISO 10816-2);
— compresseurs couplés (voir ISO 10816-3);
— vibrations des carters d'engrenage (voir alinéa suivant).
Les critères de la présente partie de l'ISO 10816 s'appliquent aux vibrations mesurées aux corps de palier ou aux
supports de palier des turbines à gaz et des équipements entraînés, au moyen de paliers à film d'huile. Ces critères
supposent que les mesures sont des valeurs, in situ, en bande large prises dans des conditions normales de
fonctionnement en régime permanent. La présente partie de l'ISO 10816 englobe les machines qui peuvent avoir
des engrenages ou des paliers à roulements, mais ne concerne pas l'évaluation de l'état de ces engrenages ou
paliers.
NOTE  Les vibrations des engrenages pourront faire partie d'une édition future de la présente partie de l'ISO 10816. Les
vibrations des engrenages sont actuellement traitées dans l'ISO 8579-2.
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ISO 10816-4:1998(F)
2  Références normatives
Les normes suivantes contiennent des dispositions qui, par suite de la référence qui en est faite, constituent des
dispositions valables pour la présente partie de l'ISO 10816. Au moment de la publication, les éditions indiquées
étaient en vigueur. Toute norme est sujette à révision et les parties prenantes des accords fondés sur la présente
partie de l'ISO 10816 sont invitées à rechercher la possibilité d'appliquer les éditions les plus récentes des normes
indiquées ci-après. Les membres de la CEI et de l'ISO possèdent le registre des Normes internationales en vigueur
à un moment donné.
ISO 7919-4:1996, Vibrations mécaniques des machines non alternatives — Mesurages sur les arbres tournants et
critères d'évaluation — Partie 4: Turbines à gaz.
ISO 10816-1:1995, Vibrations mécaniques — Évaluation des vibrations des machines par mesurages sur les
parties non tournantes — Partie 1: Directives générales.
3  Procédures de mesurage
Les procédures et les instruments de mesurage doivent être conformes aux exigences générales de l'ISO 10816-1
et sont comme suit.
Pour les turbines à gaz, le système de mesurage utilisé doit être capable de mesurer des vibrations en large bande
sur une gamme de fréquences allant de 10 Hz jusqu'à six fois au moins la fréquence la plus élevée de rotation de
l'arbre. Toutefois, si les instruments servent également au diagnostic, une gamme de fréquences plus étendue
et/ou une analyse spectrale peuvent être nécessaires. Si les valeurs résultant des mesurages effectués sur
plusieurs machines doivent être comparées, il est nécessaire de s'assurer que la même gamme de fréquences a
été utilisée.
Le mesurage des vibrations doit être effectué aux endroits offrant une sensibilité suffisante aux forces dynamiques
de la machine, mais ne doit pas être indûment influencé par des sources externes telles que la vibration de la
combustion, la vibration des engrenages, etc. D'une manière générale, il faudra effectuer le mesurage dans deux
sens radiaux orthogonaux sur chaque chapeau ou support de palier, comme illustré à la figure 1. Bien qu'il soit
possible de placer les capteurs dans n'importe quelle position angulaire sur les logements ou supports de paliers, il
est généralement préférable de les placer en positions horizontale et verticale.
On pourra utiliser un seul capteur sur un chapeau ou support de palier à la place de la paire de capteurs
orthogonaux généralement utilisée, dans la mesure où on saura que ce capteur fournit des informations suffisantes
sur l'amplitude des vibrations de la machine. Il est généralement nécessaire de prendre des précautions lorsqu'on
évalue les vibrations avec un seul capteur au niveau d'un plan de mesurage dans la mesure où le capteur risque de
ne pas être orienté de manière à donner une approximation suffisante de la valeur maximale au niveau de ce plan.
Les caractéristiques du système de mesurage doivent être connues en ce qui concerne les effets de
l'environnement; elles comprennent:
— les écarts de température;
— les champs magnétiques;
— les champs sonores;
— les variations de la source d'énergie;
— la longueur de câble du capteur;
— l'orientation du capteur.
Il convient d'accorder une attention particulière au fait que les capteurs de vibrations doivent être correctement
montés et n'altèrent pas la précision du mesurage.
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ISO 10816-4:1998(F)
NOTE  Les critères d'évaluation de la présente partie de l'ISO 10816 s'appliquent aux vibrations radiales de tous les paliers et
aux vibrations axiales des paliers de butée.
Figure 1 — Points de mesurage sur les paliers principaux
4  Évaluation
L'ISO 10816-1 donne une description générale des deux critères utilisés pour évaluer la sévérité vibratoire sur
diverses catégories de machines. Le premier critère tient compte de l'amplitude des vibrations à large bande
observées alors que le second critère tient compte des variations d'amplitude, qu'il s'agisse d'augmentations
d'amplitude ou de réductions d'amplitude.
4.1  Critère I: Amplitude des vibrations
Ce critère sert à définir les limites de l'amplitude absolue des vibrations en fonction des charges dynamiques
acceptables sur les paliers et du niveau acceptable de transmission des vibrations à l'environnement par
l'intermédiaire du radier et de la fondation. L'amplitude maximale des vibrations observées au niveau de chaque
palier ou support de palier est évaluée en fonction de quatre zones d'évaluation déterminées à partir de l'expérience
internationale. L'amplitude maximale des vibrations mesurées constitue ce qu'on appelle la sévérité vibratoire.
4.1.1  Zones d'évaluation
Les zones d'évaluation suivantes ont été définies pour permettre d'effectuer une évaluation qualitative des
vibrations d'une machine donnée et pour donner des directives quant aux éventuelles mesures à prendre.
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ISO
ISO 10816-4:1998(F)
Zone A: Les vibrations des machines récemment mises en service doivent normalement se situer dans cette zone.
Zone B: Les machines dont les vibrations se situent dans cette zone sont normalement considérées comme
acceptables pour un service de longue durée sans la moindre restriction.
Zone C: Les machines dont les vibrations se situent dans cette zone sont normalement considérées comme non
satisfaisantes pour un service de longue durée en continu. En général, la machine peut fonctionner dans ces
conditions pendant une durée limitée, jusqu'à ce que l'occasion se présente pour prendre les mesures correctives
qui s'imposent.
Zone D: Les valeurs de vibrations constatées dans cette zone sont normalement considérées comme suffisamment
importantes pour endommager la machine.
Les valeurs numériques affectées aux limites des zones ne sont pas destinées à servir de spécifications de
«réception», ces dernières devant faire l'objet d'un accord entre le fabricant de la machine et le client. Toutefois,
ces valeurs constituent des indications générales permettant d'éviter de graves anomalies ou l'application
d'exigences excessives. Dans certains cas, des caractéristiques particulières peuvent être associées à une
machine donnée et peuvent, de ce fait, nécessiter l'utilisation de valeurs différentes (supérieures ou inférieures)
pour les limites de zones. Dans de telles circonstances, le fabricant doit normalement en expliquer les raisons
...